高考化学考点41 化学反应进行的方向 9页

1 1．自发过程 （1）含义 在一定条件下，不需要借助外力就可以自动进行的过程。 （2）特点 ①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)； ②在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 2．化学反应方向的判据 （1）焓判据 放热反应过程中体系能量降低，ΔH<0，具有自发进行的倾向。 但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应进行的方向有一定的局限性。 （2）熵判据 ①熵：衡量体系混乱程度的物理量，符号为 S，单位为 J·mol−1·K−1。 ②熵的大小：同种物质，三种聚集状态下，熵值由大到小的顺序为 S(g)>S(l)>S(s)。 ③熵判据：体系的混乱度增加，ΔS>0，反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行，故只 用熵变来判断反应进行的方向也不全面。 （3）复合判据——自由能变化判据 在温度、压强一定的条件下，化学反应进行的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，因此，把焓变 和熵变判据结合起来组成的复合判据即自由能变化 ΔG，更适合于所有过程的判断。ΔG=ΔH−TΔS（T 为 开尔文温度），ΔG 的正、负决定着反应的自发与否。 ①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。 ②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。 2 ③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。 考向 化学反应方向的判定 典例 1 已知 298 K 下反应 2Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)　ΔH＝＋2 171 kJ·mol－1，ΔS＝＋635.5 J·mol－1·K－1，则下列说法正确的是 A．由题给 ΔH 值可知，该反应是一个放热反应 B．ΔS>0 表明该反应是一个熵增加的反应 C．该反应能自发进行 D．不能确定该反应能否自发进行 1．已知反应 2CO(g) 2C(s)+O2(g)的 ΔH 为正值，ΔS 为负值，设 ΔH 和 ΔS 不随温度的改变而改变。则下 列说法中，正确的是 A．低温下是自发变化 B．高温下是自发变化 C．低温下是非自发变化，高温下是自发变化 D．任何温度下是非自发变化 焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH−TΔS 反应情况 − + 始终是负值 在任何温度下反应均自发进行 + − 始终是正值 在任何温度下反应均非自发进行 + + 低温为正高温为负 低温时非自发，高温时自发 − − 低温为负高温为正 低温时自发，高温时非自发 3 1．下列说法不正确的是 A．焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数能自发进行的反应是放热反应 B．在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大 C．一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热 D．一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关 2．能用能量判据判断下列过程的方向的是 A．水总是自发地由高处往低处流 B．放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行 C．有序排列的火柴散落时成为无序排列 D．多次洗牌后，扑克牌无序排列的几率增大 3．下列有关化学反应方向及其判据的说法中正确的是 A．非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的反应 B．高温高压下可以使石墨转化为金刚石，是自发的化学反应 C．由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程 D．反应 NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在低温下能自发进行，说明该反应的 ΔH>0 4．分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是 A.2N2(g)+O2(g) 2N2O(g) ΔH=+163 kJ·mol-1 B.H2O2(l) O2(g)+H2O(l) ΔH=-98 kJ·mol-1 C.HgO(s) Hg(l)+ O2(g) ΔH=+91 kJ·mol-1 D.Ag(s)+ Cl2(g) AgCl(s) ΔH=-127 kJ·mol-1 5．下列反应中，一定不能自发进行的是 A．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＝－78.03 kJ·mol－1　ΔS＝1 110 J·mol－1·K－1 B．CO(g)===C(石墨)＋ O2(g)　ΔH＝110.5 kJ·mol－1　ΔS＝－89.36 J·mol－1·K－1 C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1　ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1 D．NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝37.30 kJ·mol－1　ΔS＝ 184.05 J·mol－1·K－1 6．已知：(NH4)2CO3(s) NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9 kJ· mol−1，下列说法中正确的是 A．该反应中熵变、焓变皆大于 0 1 2 1 2 1 2 1 2 4 B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行 D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应 7．下列对化学反应预测正确的是 选项 化学反应方程式 已知条件 预测 A M(s) X(g)+Y(s) ΔH>0 它是非自发反应 B W(s)+xG(g) 2Q(g) ΔH<0，自发反应 x 可能等于 1、2、3 C 4X(g)+5Y(g) 4W(g)+6G(g) 能自发反应 ΔH 一定小于 0 D 4M(s)+N(g)+2W(l) 4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 8．选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术是一种成熟的 NOx 控制处理方法。这种方法是指在有氧条件下且 合适的温度范围内，用还原剂 NH3 在催化剂的作用下将 NOx 有选择性地还原为氮气和水，主要反应式如 下： 反应Ⅰ： NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g) N2(g)＋ H2O(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1 反应Ⅱ：4NH3(g)＋2NO2(g)＋O2(g) 3N2(g)＋6H2O(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1 当反应温度过高时，会发生以下副反应： 反应Ⅲ：2NH3(g)＋2O2(g) N2O(g)＋3H2O(g)　ΔH3＝c kJ·mol－1 反应Ⅳ：4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH4＝d kJ·mol－1 请回答下列问题： （1）配平反应Ⅰ的化学方程式： NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g) N2(g)＋ H2O(g) （2）研究反应Ⅱ的平衡常数(K)与温度(T)的关系，得到如图甲所示的关系。 ①反应Ⅱ的平衡常数表达式为 。 ②反应Ⅱ能够自发进行的反应条件是 。 （3）反应 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)的 ΔH＝ kJ·mol－1(用含 a、b、d 的式子表示)。 （4）为研究 NH3 选择性催化还原脱硝的反应条件，某科研小组通过一系列实验，分别得出脱硝率与温 5 度、氨氮比的关系[其中NH3 NOx 表示氨氮比，O2%表示氧气含量]。 ①图乙中，当温度高于 405 ℃后，NOx 的脱除率会逐渐减小，原因是 。 ②图丙中，最佳氨氮比为 2.0，理由是 。 （5）请在图丁中，用实线画出不使用催化剂情况下(其他条件完全相同)的图示。 1．［2015 江苏］［双选］在体积均为1.0 L 的两恒容密闭容器中加入足量的相同的炭粉，再分别加入 0.1 mol CO2 和 0.2 mol CO2，在不同温度下反应 CO2(g)+C(s) 2CO(g)达到平衡，平衡时 CO2 的物质的量浓度 c(CO2)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是 A．反应 CO2(g)+C(s) 2CO(g)的 ΔS>0、ΔH<0 B．体系的总压强 p 总：p 总(状态Ⅱ)>2p 总(状态Ⅰ) 6 C．体系中 c(CO)：c(CO，状态Ⅱ)<2c(CO，状态Ⅲ) D．逆反应速率 v 逆：v 逆(状态Ⅰ)>v 逆(状态Ⅲ) 2．下列有关说法不正确的是 A．(2013·江苏高考)反应 NH3(g)＋HCl(g) NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的 ΔH＜0 B．(2012·江苏高考)CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的 ΔH＜0 C．(2011·江苏高考)一定温度下，反应 MgCl2(l) Mg(l)＋Cl2(g)的 ΔH>0、ΔS>0 D．(2015·天津高考) Na 与 H2O 的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 1．【答案】D 【解析】题中反应的 ΔH 为正值，ΔS 为负值，则 ΔG=ΔH−TΔS>0 恒成立，所以任何温度下反应都不能自发 进行。 1．【答案】C 【解析】一个反应能否自发进行要由该反应的熵变和焓变共同判断，C 项错误。 2．【答案】A 【解析】体系存在着使自身能量最低，即从高能状态转变为低能状态的倾向—能量判据。A 中水总是自 发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。B 中吸热反应也可以自发进行，如 298 K 和 1.01×105 Pa 时：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.7 kJ/mol，不难看出，该反应为吸热反应，又是 熵增加的反应。C 中火柴散落时有趋向于最大混乱度的倾向，属于熵判据。D 中扑克牌的无序排列也属 于熵判据。 4．【答案】B 【解析】A 项，反应是熵减的吸热反应，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下都不能自发进行，错误；B 项，反 应是熵增的放热反应，ΔH<0，ΔS>0， 在任何温度下均能自发进行，正确；C 项，反应是熵增的吸热反 7 应，ΔH>0，ΔS>0，在低温下不能自发进行，错误；D 项，反应是熵减的放热反应，ΔH<0，ΔS<0，在高 温下不能自发进行，错误。 【易错提醒】反应自发进行的判断误区 （1）反应能否自发进行，需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。 （2）复合判据 ΔH-TΔS<0 的反应不一定能够实际发生。 （3）自发反应的熵不一定增大，非自发反应的熵也不一定减小。 5．【答案】B 【解析】A 项，反应为放热的熵增加反应，一定能自发进行；C 项，常温、常压下反应能自发进行；D 项，常温、常压下反应能自发进行。 7．【答案】B 【解析】根据复合判据：ΔG=ΔH-T·ΔS，M(s) X(g)+Y(s)，固体分解生成气体，为熵增反应，ΔH>0， 在高温下，能自发进行，A 错误；W(s)+xG(g) 2Q(g)　ΔH<0，能自发进行，若熵增，任何温度下都能 自发进行，若熵减，在低温条件下能自发进行，所以，G 的计量数不确定，x 等于 1、2 或 3 时，都符合 题意，B 正确；4X(g)+5Y(g) 4W(g)+6G(g)是熵增反应，当 ΔH>0 时，在高温下可能自发进行，C 错误； 4M(s)+N(g)+2W(l) 4Q(s)为熵减反应，常温下能自发进行，说明该反应一定是放热反应，D 错误。 8．【答案】（1）4　4　6 （2）①K＝ 　②高温 （3） （4）①温度过高时，NH3 会与 O2 发生副反应生成 N2O、NO ②氨氮比从 2.0 到 2.2，脱硝率变化不大，但氨的浓度增加较大，成本提高 （5） 3 6 2 2 4 2 3 2 2 (N ) (H O) (NH ) (NO ) (O ) c c c c c    3 4 4 a b d  8 （3）已知反应①4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g) 4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，②4NH3(g)＋2NO2(g) ＋O2(g) 3N2(g)＋6H2O(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1，③4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g) ΔH4＝d kJ·mol－1，根据盖斯定律可知， 即可得到反应 2NO(g)＋O2(g) 2NO2(g)，则 ΔH＝ kJ·mol－1。 （4）①由于当温度过高时，NH3 会与 O2 发生副反应生成 N2O、NO，从而使 NOx 的脱除率逐渐减小。② 根据图像可知氨氮比从 2.0 到 2.2，脱硝率变化不大，但氨的浓度增加较大，成本提高。因此，最佳氨氮 比为 2.0。 （5）使用催化剂，只能加快反应速率从而缩短到达平衡的时间，对平衡状态无影响，由于横坐标是氧气 含量，纵坐标是脱硝率，其他条件都保持不变，是否使用催化剂对平衡点无影响，所以作出的图应与原 图一致。 1．【答案】BC 【解析】由图可知，升高温度，c(CO2)降低，即平衡正向移动，所以该反应为吸热反应，ΔH>0，A 项错 误；相同温度下，图中Ⅱ点所在曲线对应的 c(CO2)高，表示通入 0.2 mol CO2，则Ⅰ点所在曲线表示通入 0.1 mol CO2，Ⅰ点和Ⅱ点的 c(CO2)相等，由图知参加反应的 CO2 的物质的量：Ⅱ点大于Ⅰ点的 2 倍，且 该反应为气体分子数增多的反应，同时Ⅱ点的温度比Ⅰ点高，所以体系的总压强 p 总：p 总(状态Ⅱ)>2p 总 3+ - 4 4  ① ③ ② 3 4 4 a b d  9 (状态Ⅰ)，B 项正确；状态Ⅱ中 CO2 的投入量为状态Ⅲ的 2 倍，因状态Ⅱ压强比状态Ⅲ大，而加压平衡 逆向移动，则状态Ⅱ中的 c(CO)小于状态Ⅲ中 c(CO)的 2 倍，C 项正确；状态Ⅲ比状态Ⅰ的温度高，温度 越高，反应速率越快，所以状态Ⅲ的反应速率快，D 项错误。