2019高中化学第二章化学反应的方向、限度与速率2.1化学反应的方向精练鲁科版

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化学反应的方向A组　　　　　　　　　　　　　　　　　　1.下列过程是非自发的是(　　)A.水由高处向低处流B.天然气的燃烧C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰解析:自然界中水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿空气中的生锈、室温下冰的融化,都是自发过程,其逆向都是非自发的。答案:D2.下列说法不正确的是(　　)A.铁生锈和氢燃烧均为自发放热过程B.冰融化的过程中熵值增加C.无热效应的自发过程是不存在的D.同一物质固态时熵值最小解析:自发过程是在一定条件下不需要外力就能进行的过程。铁生锈和氢燃烧均为混乱度减小、有序性增加、稳定性增强、放出热量的自发反应,A项正确;冰融化即有序性减小,混乱度增加,即熵值增加,B项正确;物质由有序转化为无序时,不一定发生热效应,如分子的扩散现象,C项错误;同一物质在固态时有序性最高,混乱度最小,熵值最小,D项正确。答案:C3.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.多次洗牌以后,扑克牌的毫无规律的混乱排列的概率大解析:A项,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项,吸热反应也可以自发进行,例如,在25℃和1.01×105Pa时,2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7kJ·mol-1;(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9kJ·mol-1。不难看出,上述两个反应都是吸热反应,又都是熵增的反应,显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。C项,有序排列的火柴散落时成为无序排列,有趋向于最大混乱度的倾向,属于熵判据。D项,扑克牌的无序排列也属于熵判据。答案:A4.碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气。下列说法中正确的是(　　)nA.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体,使体系的熵增大B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量C.碳酸铵分解是吸热反应,此反应不应该自发进行,必须借助外力才能进行D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解解析:(NH4)2CO3分解的过程气体分子数增多,是一个熵值增加的过程,用熵判据。答案:A5.某反应2AB(g)C(g)+3D(g)在高温时能自发进行,其逆反应在低温时能自发进行,则该反应的ΔH、ΔS应为(　　)A.ΔH<0、ΔS>0B.ΔH<0、ΔS<0C.ΔH>0、ΔS>0D.ΔH>0、ΔS<0解析:由ΔH-TΔS<0时反应能自发进行推知:ΔH<0、ΔS>0,反应在任何温度下能自发进行;ΔH>0、ΔS<0,反应在任何温度下不能自发进行;ΔH>0、ΔS>0,反应在较高温度下能自发进行;ΔH<0、ΔS<0,反应在较低温度下能自发进行。答案:C6.25℃和1.01×105Pa时,反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.76kJ·mol-1能自发进行的原因是(　　)A.是吸热反应B.是放热反应C.是熵减少的反应D.熵增大效应大于能量效应解析:根据化学反应的能量判据与熵判据综合关系式ΔH-TΔS<0分析,该反应ΔH>0,要使反应自发进行,必须使TΔS>ΔH,所以需要熵增大效应大于能量效应,D项正确。答案:D7.已知:(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9kJ·mol-1,下列说法中正确的是(　　)A.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行B.该反应中熵变、焓变皆大于0C.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解析:(NH4)2CO3自发分解是因为体系生成氨气使熵增大。吸热反应焓变大于零,熵增加反应熵变大于零,则ΔH-TΔS不一定小于零,因此吸热的熵增加反应不一定不能自发进行;焓变不是决定反应方向的唯一因素,能自发进行的反应不一定是放热反应,不能自发进行的反应也不一定是吸热反应。答案:Bn8.下列反应中,在高温下不能自发进行的是(　　)A.(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g)B.2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)C.MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)D.CO(g)C(s)+12O2(g)解析:根据题意,A、B、C项中的三个反应虽然是吸热反应,但均是熵增加的过程,在高温下可能自发进行;而D项中的反应是一个熵减小的吸热反应,故不能自发进行。答案:D9.高温时空气中的N2和O2会反应生成NO而污染大气:N2(g)+O2(g)2NO(g)。试通过计算说明在1200℃的条件下,此反应能否正向自发进行?估算自发进行的最低温度是多少?已知:该反应的ΔH=+180.50kJ·mol-1,ΔS=24.77J·mol-1·K-1。解析:1200℃时,该反应的ΔH-TΔS=180.50kJ·mol-1-(1200+273)K×24.77×10-3kJ·mol-1·K-1=144.01kJ·mol-1>0,故该温度下反应不能正向自发进行。ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,故有T>ΔHΔS=180.50kJ·mol-10.02477kJ·mol-1·K-1=7287K,即此反应自发进行的最低温度为7287K。答案:1200℃不能自发进行。自发进行的最低温度是7287K。10.煤是我国城乡居民生活和取暖使用比较多的能源。(1)煤不充分燃烧可生成一氧化碳,对该反应的逆反应2CO(g)2C(s)+O2(g)(设ΔH和ΔS不随温度改变),下列说法正确的是　　　　。 A.低温下是自发变化B.任何温度下都是自发变化C.高温下是自发变化D.任何温度下都是非自发变化(2)因煤中含有硫,当煤燃烧时会产生有害的二氧化硫,所以人们常用廉价的石灰来消除煤燃烧时产生的二氧化硫,以减少污染,其主要反应为CaO(s)+SO2(g)CaSO3(s)。已知:298K、101.325kPa时,该反应的ΔH=-402.0kJ·mol-1,ΔH-TΔS=-345.7kJ·mol-1,若此反应中ΔH和ΔS不随温度变化而变化,问:保持此反应自发进行的最高炉温是多少?解析:(1)该反应的ΔH为正值,ΔS为负值,ΔH-TΔS恒为正值,任何温度下都是非自发变化。(2)因为298K、101.325kPa时,该反应的ΔH=-402.0kJ·mol-1,ΔH-TΔS=-345.7kJ·mol-1,则有ΔS=-402.0kJ·mol-1-(-345.7kJ·mol-1)298K=-0.189kJ·mol-1·K-1。要使反应能自发进行,需使ΔH-TΔS<0,即-402.0kJ·mol-1-T×(-0.189kJ·mol-1·K-1)<0,得T<2127K,因此保持此反应自发进行的最高炉温是2127K。答案:(1)D　(2)2127KnB组1.反应CH3OH(l)+NH3(g)CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度时才能自发向右进行,若该反应的ΔH=+17kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17kJ·mol-1,则下列关系中正确的是(　　)A.ΔS>0,ΔH-TΔS<0B.ΔS<0,ΔH-TΔS>0C.ΔS>0,ΔH-TΔS>0D.ΔS<0,ΔH-TΔS<0解析:ΔH=+17kJ·mol-1>0,ΔS>0,在某温度时能自发向右进行,|ΔH-TΔS|=17kJ·mol-1,只有ΔH-TΔS=-17kJ·mol-1<0。答案:A2.已知某条件下石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为:①C(s,石墨)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-393.5kJ·mol-1②C(s,金刚石)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-395.4kJ·mol-1下列关于金刚石和石墨的相互转化的说法正确的是(　　)A.因为①的反应焓变小于②的反应焓变,可判断该条件下石墨转化成金刚石一定是自发进行的过程B.因为①的反应焓变小于②的反应焓变,可判断该条件下金刚石转化成石墨一定是自发进行的过程C.石墨比金刚石能量低D.石墨转化为金刚石为放热反应解析:由热化学方程式并通过盖斯定律计算可知,1mol石墨转化为1mol金刚石吸收1.9kJ的热量。焓变只是影响化学反应自发性的因素之一,而不是唯一因素,因而不能只依据反应的焓变来判断一个反应能否自发进行。答案:C3.在图甲中的A、B两容器里,分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开(如图乙所示),两种气体分子立即都分布在两个容器中。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是(　　)A.此过程为混乱程度小向混乱程度大的方向的变化过程,即熵增大的过程B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出C.此过程从有序到无序,混乱度增大D.此过程是自发可逆的n解析:由题意知ΔH=0,ΔS>0,知该过程ΔH-TΔS<0是自发的,而逆过程ΔS<0,ΔH-TΔS>0,不能自发进行,所以D错。答案:D4.能源是人类社会发展进步的物质基础,能源、信息、材料一起构成了现代文明的三大支柱。甲醇(CH3OH)是一种重要的化工原料,广泛应用于化工生产,也可以直接用作燃料,并且能显著降低汽车尾气对大气的污染。已知:CH3OH(l)+O2(g)CO(g)+2H2O(g)　ΔH1=-443.6kJ·mol-12CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH2=-566.0kJ·mol-1(1)试写出CH3OH(l)完全燃烧生成H2O(g)的热化学方程式:　。 (2)有人建议,投资研究由CO2和H2O(g)来制取CH3OH(l),如果成功,既能缓解能源紧张,又能解决温室效应的问题。请你分析论证,该建议是否可行?解析:(1)将题给热化学方程式依次编号为①、②。①×2+②得甲醇完全燃烧的热化学方程式:2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1453.2kJ·mol-1。(2)根据题意,若由CO2和H2O(g)制取甲醇,即发生如下反应:2CO2(g)+4H2O(g)2CH3OH(l)+3O2(g)ΔH=+1453.2kJ·mol-1,其反应的ΔH>0,又由于反应后气体物质的量减少,所以ΔS<0,因此ΔH-TΔS恒大于0,故该反应不能自发进行,此建议不具有可行性。答案:(1)2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)ΔH=-1453.2kJ·mol-1(2)若反应2CO2(g)+4H2O(g)2CH3OH(l)+3O2(g)发生,则其ΔH=+1453.2kJ·mol-1,其反应的ΔH>0,又由于该反应后气体物质的量减少,所以ΔS<0,因此ΔH-TΔS恒大于0,故该反应不能自发进行,此建议不具有可行性。5.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应:①CH4(g)C(s)+2H2(g)②2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:①的ΔH(298K)=+74.848kJ·mol-1,ΔS(298K)=+80.674J·mol-1·K-1;②的ΔH(298K)=+376.426kJ·mol-1,ΔS(298K)=+220.211J·mol-1·K-1。已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题:(1)判断反应①高温自发还是低温自发:　　　　(填“高温”或“低温”)。 (2)通过计算判断反应①在常温下能否自发进行 　。 (3)计算制取炭黑的允许温度范围　　K0,所以该反应常温下不能自发进行。(3)裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848kJ·mol-1-80.674×10-3kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>927.8K,即裂解为炭黑的最低温度为927.8K。裂解为乙炔时,ΔH-TΔS=376.426kJ·mol-1-220.211×10-3kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>1709.4K,即温度高于1709.4K自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制在927.8K383K时,ΔH-TΔS>0,反应逆向自发进行。粗镍在323K时与CO反应能生成Ni(CO)4。Ni(CO)4为液态,很容易与反应物分离,Ni(CO)4在473K(>383K)时分解可得到高纯镍,因此,上述制高纯镍的方法是合理的。7.工业上用赤铁矿生产铁,可以选择的还原剂有C和H2:Fe2O3(s)+32C(s)2Fe(s)+32CO2(g)ΔH=+233.8kJ·mol-1　ΔS=279J·mol-1·K-1Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)ΔH=+98kJ·mol-1　ΔS=144.2J·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:ΔH-TΔS<0为自发过程。ΔH-TΔS=0为平衡状态。用C作还原剂时,ΔH-T1ΔS=0,T1=ΔHΔS=233.8kJ·mol-1279×10-3kJ·mol-1·K-1≈838K即C为还原剂时,T1>838K能自发进行。用H2作还原剂时,T2=ΔHΔS=98kJ·mol-1144.2×10-3kJ·mol-1·K-1≈680K即H2作还原剂时T2>680K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。n