热点追踪———能量转化关系图

■河南省郸城县第一高级中学 李文艳

从近几年高考和各地模拟考试情况看，反应热知识的考查增加了对能量转化图的理解和运用，其主要命题形式有如下几种。

一、能量转化图与实物间的转化关系

例1炭黑是雾霾中的重要颗粒物。研究发现，它可以活化氧分子，生成活化氧。活化过程的能量变化模拟计算结果如图1所示，活化氧可以快速氧化SO2。下列说法正确的是( )。

图1

A.每活化一个氧分子吸收0.29eV的能量

B.水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eV

C.氧分子的活化是O—O的断裂与C—O键的生成过程

D.炭黑颗粒是大气中SO2转化为SO3的催化剂

解析：由活化过程的能量变化模拟图可知，每活化一个氧分子放出0.29eV的能量，A项错误；水可使氧分子活化反应的活化能降低包括两部分，第一部分炭黑与氧气生成中间产物使活化能降低0.18eV，第二部分是中间物质转化为目标物质使活化能降低0.42eV，则水可使氧分子活化反应的活化能降低0.6eV，B项错误；结合图示，比较反应物与目标物质的结构可知，C项正确；根据“活化氧可以快速氧化二氧化硫”可以判定，D项正确。

答案：CD

二、能量转化图与吸热反应、放热反应的判断

例2科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程如图2所示。

图2

下列说法中正确的是( )。

A.CO和O生成CO2是吸热反应

B.在该过程中，CO断键形成C和O

C.CO和O生成了具有极性共价键的CO2

D.状态Ⅰ →状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程

解析：根据能量—反应过程的图像知，状态Ⅰ的能量高于状态Ⅲ的能量，故该过程是放热反应，A项错误；根据状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ可以看出整个过程中CO中的C和O形成的化学键没有断裂，B项错误；由状态Ⅲ可知，生成物是CO2，具有极性共价键，C项正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程，D项错误。

答案：C

三、能量转化图与催化剂、活化能的判断

例3我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程如下页图3所示。

图3

下列说法不正确的是( )。

A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%

B.CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂

C.①→②放出能量并形成了C—C键

D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率

解析：根据图示，CH4与CO2在催化剂存在时生成CH3COOH，总反应为CH4+种生成物，原子利用率为100%，A项正确；CH4选择性活化变为①的过程中，有1个C—H键发生断裂，B项正确；根据图示，①的总能量高于②的总能量，①→②放出能量，对比①和②，①→②形成C—C键，C项正确；催化剂只影响化学反应速率，不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误。

答案：D

四、物质间的循环与能量转化判断

例4某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将 H2O、CO2转变为 H2、CO。其过程如下:

下列说法不正确的是( )。

A.该过程中CeO2没有消耗

B.该过程实现了太阳能向化学能的转化

C.图4中ΔH1=ΔH2+ΔH3

D.以CO和 O2构成的碱性燃料电池的负极反应式为

解析：根据题干中已知的两个反应可以看出，CeO2在反应前后没有变化，CeO2应该是水和二氧化碳转化为氢气和一氧化碳的催化剂，A项正确；在太阳能的作用下，水和二氧化碳转化为氢气和一氧化碳，太阳能转化为化学能，B项正确；根据盖斯定律可知-ΔH1=ΔH2+ΔH3，C项错误；以一氧化碳和氧气构成的碱性燃料电池，负极应为一氧化碳失电子，在碱性条件下一氧化碳应变为碳酸根离子，结合选项中所给的电极反应式，再根据电荷守恒、得失电子守恒，则可判断D项正确。

答案：C

图4

五、能量转化图与热化学方程式的正误判断

例5肼(H2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图5所示。

图5

已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ):N≡N为942，O==O 为500，N-N为154，则断裂1molN—H键所需的能量(kJ)是( )。

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

解析：本题考查化学键键能与反应热关系。由图知N2H4(g)+O2(g)==N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534kJ·mol-1，可设断裂1molN—H键所需能量为xkJ，154kJ+4xkJ+500kJ-2752kJ=-534kJ，可求得x=391。

答案：B