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———能量轉化關系圖

■河南省鄲城縣第一高級中學 李文艷

從近幾年高考和各地模擬考試情況看，反應熱知識的考查增加了對能量轉化圖的理解和運用，其主要命題形式有如下幾種。

一、能量轉化圖與實物間的轉化關系

例1炭黑是霧霾中的重要顆粒物。研究發現，它可以活化氧分子，生成活化氧。活化過程的能量變化模擬計算結果如圖1所示，活化氧可以快速氧化SO2。下列說法正確的是( )。

圖1

A.每活化一個氧分子吸收0.29eV的能量

B.水可使氧分子活化反應的活化能降低0.42eV

C.氧分子的活化是O—O的斷裂與C—O鍵的生成過程

D.炭黑顆粒是大氣中SO2轉化為SO3的催化劑

解析：由活化過程的能量變化模擬圖可知，每活化一個氧分子放出0.29eV的能量，A項錯誤；水可使氧分子活化反應的活化能降低包括兩部分，第一部分炭黑與氧氣生成中間產物使活化能降低0.18eV，第二部分是中間物質轉化為目標物質使活化能降低0.42eV，則水可使氧分子活化反應的活化能降低0.6eV，B項錯誤；結合圖示，比較反應物與目標物質的結構可知，C項正確；根據“活化氧可以快速氧化二氧化硫”可以判定，D項正確。

答案：CD

二、能量轉化圖與吸熱反應、放熱反應的判斷

例2科學家用X射線激光技術觀察到CO與O在催化劑表面形成化學鍵的過程。反應過程如圖2所示。

圖2

下列說法中正確的是( )。

A.CO和O生成CO2是吸熱反應

B.在該過程中，CO斷鍵形成C和O

C.CO和O生成了具有極性共價鍵的CO2

D.狀態Ⅰ →狀態Ⅲ表示CO與O2反應的過程

解析：根據能量—反應過程的圖像知，狀態Ⅰ的能量高于狀態Ⅲ的能量，故該過程是放熱反應，A項錯誤；根據狀態Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可以看出整個過程中CO中的C和O形成的化學鍵沒有斷裂，B項錯誤；由狀態Ⅲ可知，生成物是CO2，具有極性共價鍵，C項正確；狀態Ⅰ→狀態Ⅲ表示CO與O反應的過程，D項錯誤。

答案：C

三、能量轉化圖與催化劑、活化能的判斷

例3我國科研人員提出了由CO2和CH4轉化為高附加值產品CH3COOH的催化反應歷程。該歷程如下頁圖3所示。

圖3

下列說法不正確的是( )。

A.生成CH3COOH總反應的原子利用率為100%

B.CH4→CH3COOH過程中，有C—H鍵發生斷裂

C.①→②放出能量并形成了C—C鍵

D.該催化劑可有效提高反應物的平衡轉化率

解析：根據圖示，CH4與CO2在催化劑存在時生成CH3COOH，總反應為CH4+種生成物，原子利用率為100%，A項正確；CH4選擇性活化變為①的過程中，有1個C—H鍵發生斷裂，B項正確；根據圖示，①的總能量高于②的總能量，①→②放出能量，對比①和②，①→②形成C—C鍵，C項正確；催化劑只影響化學反應速率，不影響化學平衡，不能提高反應物的平衡轉化率，D項錯誤。

答案：D

四、物質間的循環與能量轉化判斷

例4某科學家利用二氧化鈰(CeO2)在太陽能作用下將 H2O、CO2轉變為 H2、CO。其過程如下:

下列說法不正確的是( )。

A.該過程中CeO2沒有消耗

B.該過程實現了太陽能向化學能的轉化

C.圖4中ΔH1=ΔH2+ΔH3

D.以CO和 O2構成的堿性燃料電池的負極反應式為

解析：根據題干中已知的兩個反應可以看出，CeO2在反應前后沒有變化，CeO2應該是水和二氧化碳轉化為氫氣和一氧化碳的催化劑，A項正確；在太陽能的作用下，水和二氧化碳轉化為氫氣和一氧化碳，太陽能轉化為化學能，B項正確；根據蓋斯定律可知-ΔH1=ΔH2+ΔH3，C項錯誤；以一氧化碳和氧氣構成的堿性燃料電池，負極應為一氧化碳失電子，在堿性條件下一氧化碳應變為碳酸根離子，結合選項中所給的電極反應式，再根據電荷守恒、得失電子守恒，則可判斷D項正確。

答案：C

圖4

五、能量轉化圖與熱化學方程式的正誤判斷

例5肼(H2NNH2)是一種高能燃料，有關化學反應的能量變化如圖5所示。

圖5

已知斷裂1mol化學鍵所需的能量(kJ):N≡N為942，O==O 為500，N-N為154，則斷裂1molN—H鍵所需的能量(kJ)是( )。

A.194 B.391 C.516 D.658

解析：本題考查化學鍵鍵能與反應熱關系。由圖知N2H4(g)+O2(g)==N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534kJ·mol-1，可設斷裂1molN—H鍵所需能量為xkJ，154kJ+4xkJ+500kJ-2752kJ=-534kJ，可求得x=391。

答案：B