化学第二章化学反应速率和化学平衡第4节化学反应进行的方向综合训练含解析新人教版选修4 5页

第4节 化学反应进行的方向 ‎ [综合训练]‎ 一、选择题 ‎1．下列说法正确的是(　　)‎ A．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同 B．自发反应一定是熵增大的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应 C．自发反应在恰当条件下才能实现 D．自发反应在任何条件下都能实现 答案　C 解析　同一物质：S(g)>S(l)>S(s)，A项错误。反应是否自发，是由熵变和焓变共同决定的，即ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，故自发反应的熵不一定增大，也可能减小，B项错误。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件，C项正确，D项错误。‎ ‎2．下列自发反应可用焓判据来解释的是(　　)‎ A．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56．7 kJ·mol－1‎ B．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74．9 kJ·mol－1‎ C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)‎ ΔH＝－572 kJ·mol－1‎ D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝＋178．2 kJ·mol－1‎ 答案　C 解析　焓判据是指ΔH<0的反应一般是自发的。只有C项符合题意。‎ ‎3．已知反应2CO(g)===‎2C(s)＋O2(g)　ΔH>0，ΔS<0。设ΔH和ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是(　　)‎ A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行 C．低温下不能自发进行，高温下能自发进行 D．任何温度下都不能自发进行 答案　D 解析　因为ΔH>0，ΔS<0，故ΔH－TΔS>0，此反应在任何温度下都不能自发进行。‎ ‎　焓变与熵变对反应方向的共同影响 ‎(1)体系的自由能变化(符号为ΔG，ΔG＝ΔH－TΔS，单位为kJ·mol－1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断。‎ ‎(2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS<0的方向进行，直到达到平衡状态。‎ - 5 -‎ ‎(3)过程的自发性只是一种趋势，只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程的速率。‎ ‎4．化学反应方向的确定不仅与焓变(ΔH)有关，也与温度(T)、熵变(ΔS)有关。实验证明，化学反应的方向应由ΔH－TΔS确定。若ΔH－TΔS<0，则反应能自发进行，否则不能自发进行。下列说法正确的是(　　)‎ A．在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向 B．温度、压强一定时，熵增加的反应一定能自发进行 C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D．固体的溶解过程只与焓变有关 答案　A 解析　ΔH－TΔS<0时反应能自发进行，所以在一定温度和压强下，焓变和熵变共同影响化学反应的方向，A项正确，B、C项错误；固体的溶解过程体系的混乱度增大，是熵增过程，D项错误。‎ ‎5．下列反应在常温时能自发进行，并既能用焓判据又能用熵判据解释的是(　　)‎ A．HCl(g)＋NH3(g)===NH4Cl(s)‎ B．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)‎ C．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑‎ D．Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O 答案　C 解析　A项，两种气体生成一种固体，熵减小，不能用熵判据解释，不符合题意；B项是吸热反应，不能用焓判据解释，不符合题意；C项，该反应是放热反应，生成物能量降低，能用焓判据解释，同时，固体与液体反应生成了气体，熵增加，也能用熵判据解释，符合题意；D项，NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3，熵增加，能用熵判据解释，同时温度降低，是一个吸热反应，不能用焓判据解释，不符合题意。‎ ‎6．已知反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444．3 kJ·mol－1，反应后熵减小，在常温常压下该反应能自发进行，则对该反应的方向起决定作用的是(　　)‎ A．焓变 B．温度 C．压强 D．熵变 答案　A 解析　由于题给反应熵减小，TΔS一定小于0，该反应能自发进行，是因为其ΔH小于零，故起决定作用的是焓变，A项正确。‎ ‎7．下列有关说法正确的是(　　)‎ A．SO2(g)＋H2O(g)===H2SO3(l)，该过程熵值增大 B．SO2(g)===S(s)＋O2(g)　ΔH>0，ΔS<0，该反应能自发进行 C．SO2(g)＋2H2S(g)===3S(s)＋2H2O(l)　ΔH<0，低温下能自发进行 - 5 -‎ D．某温度下SO2(g)＋O2(g) SO3(g)，K＝ 答案　C 解析　反应由气体物质生成液体物质是熵值减小的反应，A项不正确；ΔH>0，ΔS<0，反应不能自发进行，B项不正确；C项中是一个ΔH<0，ΔS<0的反应，由ΔH－TΔS可知，反应在低温下能自发进行，C项正确；D项中K＝。‎ ‎8．下列内容与结论不对应的是(　　)‎ 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l)‎ 该过程的ΔS>0‎ B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为ΔS>0‎ C 一个反应的ΔH>0、ΔS<0‎ 该反应一定不能自发进行 D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol－1、ΔS＝8 J·mol－1·K－1‎ 该反应在任何温度下均可自发进行 答案　A 解析　H2O(g)变成H2O(l)，气体总分子数减小，则有ΔS<0，A符合题意。硝酸铵溶于水是一个可自发进行的吸热过程，NH4NO3发生电离：NH4NO3===NH＋NO，自由移动的离子数目增多，则有ΔS>0，B不符合题意。若一个反应的ΔH>0、ΔS<0，则有ΔH－TΔS>0，则该反应不能自发进行，C不符合题意。反应H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH<0、ΔS>0，则有ΔH－TΔS<0，该反应在任何温度下均可自发进行，D不符合题意。‎ ‎9．下列说法正确的是(　　)‎ A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的 B．自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小 C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0‎ D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0‎ 答案　C 解析　不能仅仅根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也可能是自发进行的，A项错误；自发进行的反应，其现象不一定非常明显，B项错误；根据反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)常温下不能自发进行可知，该反应的ΔH－TΔS>0，又知该反应ΔS>0，则该反应的ΔH>0，C项正确；反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则ΔH－TΔS<0，因ΔS<0，则ΔH<0，D项错误。‎ - 5 -‎ ‎　反应自发进行的判断 判断反应是否能自发进行要综合考虑ΔH、ΔS、T，当焓变和熵变均大于0或均小于0时，温度对反应是否能自发进行起决定性作用。ΔH、ΔS、T与反应是否能自发进行的关系如图所示：‎ 二、非选择题 ‎10．节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物(包括三废和噪声等)排放。‎ ‎(1)实验“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，下图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol－1)的变化：‎ 关于该反应的下列说法中，正确的是________(填字母)。‎ A．ΔH>0，ΔS>0‎ B．ΔH>0，ΔS<0‎ C．ΔH<0，ΔS<0‎ D．ΔH<0，ΔS>0‎ ‎(2)将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋131．3 kJ·mol－1，ΔS - 5 -‎ ‎＝＋133．7 J·mol－1·K－1。‎ 该反应在常温下能否自发进行？________(填“能”或“不能”)。‎ 答案　(1)C　(2)不能 解析　(1)根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，ΔH<0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS<0。‎ ‎(2)根据ΔH－TΔS＝＋131．3 kJ·mol－1－298 K×0．1337 kJ·mol－1·K－1≈91．46 kJ·mol－1>0，所以该反应在常温下不能自发进行。‎ ‎11．(1)‎25 ℃‎和1．01×105 Pa时，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56．76 kJ·mol－1能自发进行的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。‎ ‎(2)在298 K下，若将1 mol蔗糖溶解在‎1 L水中，此溶解过程中体系的ΔS________(填“>”“＝”或“<”)0。‎ ‎(3)化学反应自发的复合判据是自由能变化ΔG，已知ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应能自发。工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2：‎ Fe2O3(s)＋C(s)===2Fe(s)＋CO2(g)‎ ΔH＝＋233．8 kJ·mol－1　ΔS＝＋279 J·mol－1·K－1‎ Fe2O3(s)＋3H2(g)===2Fe(s)＋3H2O(g)‎ ΔH＝＋98 kJ·mol－1 ΔS＝＋144．2 J·mol－1·K－1‎ 问：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度低？(要求计算过程)(取整数即可)‎ 答案　(1)该反应是熵增反应，且常温下熵变ΔS对反应的方向起决定性作用　(2)>‎ ‎(3)ΔG＝ΔH－TΔS<0为自发过程。‎ 用C作还原剂时，令ΔH－T1ΔS＝0，‎ T1＝＝≈838 K 即C为还原剂时，T1>838 K能自发进行。‎ 用H2作还原剂时，‎ T2＝＝≈680 K 即H2作还原剂时，T2>680 K能自发进行。‎ 所以用氢气作还原剂，反应自发进行的温度较低。‎ - 5 -‎