课时作业8 化学反应的方向(word练习)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册(人教版2019）

课时作业（八） （建议用时：40 min） （见学生用书P156） 1.下列说法中正确的是（　　） A.固体溶解是一个熵减小的过程 B.能够自发进行的反应一定是放热反应 C.能够自发进行的反应一定是熵增加的过程 D.同一物质气态时的熵值最大，液态时的次之，固态时的最小 答案　D　 解析　固体溶解过程，体系混乱度增大，所以是熵增的过程，A项错误；根据自由能公式知，能够自发进行的反应不一定是放热反应，要考虑熵变，B项错误；能够自发进行的反应不一定是熵增加的过程，要考虑焓变，C项错误。 2.下列说法中正确的是（　　） A.凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应 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.熵增加且放热的反应一定是自发反应 D.非自发反应在任何条件下都不能发生 答案　C　 解析　ΔH＜0，ΔS＜0的反应在高温下是非自发进行的反应，ΔH＞0，ΔS＞0高温下是自发进行的反应，A项错误；ΔH＜0，ΔS＜0的反应在低温下是自发进行的反应，ΔH＞0，ΔS＞0低温下可以是非自发进行的反应，B项错误；熵增加ΔS＞0，且放热ΔH＜0，反应ΔH－TΔS＜0一定是自发反应，C项正确； 反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定，非自发反应在改变条件的情况下可以发生，D项错误。 3.下列说法中正确的是（　　） A.非自发的反应一定可以通过改变条件使其成为自发反应 B.相同物质的量的同种物质气态时熵值最小，固态时熵值最大 C.焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 D.反应NH3（g）＋HCl（g）NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0 答案　D　 解析　改变条件能使反应的ΔH－TΔS＜0时，则该反应能自发进行，反之则为非自发的反应，如ΔH＞0、ΔS＜0的反应在任何条件下均不能自发进行，属于非自发的反应，A项错误；同一种物质的熵值：气态＞液态＞固态，即相同物质的量的同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小，B项错误；焓变、熵变均与反应自发性有关，因此焓变或熵变均不能单独作为反应自发性的判据，C项错误；反应NH3（g）＋HCl（g）NH4Cl（s）的ΔS＜0，室温下可自发进行，则ΔH－TΔS＜0，即ΔH＜TΔS＜0，D项正确。 4.闪电时空气中的N2和O2会发生反应：N2（g）＋2O2（g）2NO2（g） ΔH＝＋180.50 kJ·mol－1，ΔS＝247.3 J·mol－1·K－1，若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是（　　） A.在1 000 ℃时，此反应能自发进行 B.在1 000 ℃时，此反应不能自发进行 C.该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃ D.该反应能自发进行的最高温度约为730 K 答案　A　 解析　ΔH＝＋180.50 kJ·mol－1，ΔS＝247.3 J·mol－1·K－1，当ΔH－TΔS＝0时，T＝≈730 K，即温度高于730 K时，即温度高于457 ℃，ΔH－TΔS＜0，反应能够自发进行，A项正确；根据A选项分析，1 000 ℃时，反应能够自发进行，B项错误；根据A选项分析该反应能自发进行的最低温度约为457 ℃，C项错误；该反应能自发进行的最低温度约为730 K，D项错误。 5.研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是（　　） A.ΔH＜0，ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行 B.在其他外界条件不变的情况下，汽车排气管中使用催化剂，可以改变产生尾气的反应的方向 C.反应CaCO3（s）CaO（s）＋ CO2（g）在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0 D.高温下，MgCl2（l） Cl2（g）＋Mg（l）反应能自发进行，则其ΔH＞0，ΔS＞0 答案　D　 解析　根据ΔG＝ΔH－TΔS，对于ΔH＜0、ΔS＞0的反应都有ΔG＜0，即在任何温度下均能发生，A项错误；催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，因此不改变反应进行的方向，B项错误；反应CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g）中有气体生成，即ΔS＞0，由于室温下不能自发进行，所以ΔG＝ΔH－TΔS＞0，即该反应的ΔH＞0，C项错误；高温下，MgCl2（l） Cl2（g）＋Mg（l）中气体体积增大，即ΔS＞0，由于高温下该反应能自发进行，ΔG＝ΔH－TΔS＜0，故ΔH＞0，D项正确。 6.下列关于化学反应的自发性和进行方向的说法正确的是（　　） A.高温高压下使石墨转化为金刚石是自发的化学反应 B.已知反应FeO（s）＋C（s）CO（g）＋Fe（s） ΔH＞0，高温下为自发过程，低温下为非自发过程 C.由ΔG＝ΔH－TΔS可知，所有放热反应都能自发进行 D.只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 答案　B　 解析　石墨比金刚石稳定，能量低于金刚石，且无序性比金刚石大，故石墨转化为金刚石是非自发的化学反应，A项错误；该反应是熵增，推出ΔS＞0，该反应ΔH＞0，根据复合判据，高温下能够自发进行，低温下非自发进行，B项正确；所有放热且熵增加的反应都能自发进行，放热且熵减小的反应在高温下不能自发进行，C项错误；自发过程并不是不需要条件，D项错误。 7.下列各项判断完全正确的是（　　） 选项 变化 ΔH ΔS 方向性 A H2O（l）H2O（g） ＞0 ＜0 非自发 B 2NO2（g）N2O4（g） ＜0 ＜0 自发 C 2Fe3＋（aq）＋Cu（s）2Fe2＋（aq）＋Cu2＋（aq） ＞0 ＞0 自发 D NH4Cl（s）NH3（g）＋HCl（g） ＜0 ＞0 非自发 答案　B　 解析　液态水转化为气态水是熵增加的过程，A项错误；NO2转化为N2O4为化合反应，该反应是放热的、熵值减小，常温下就能发生的可逆反应，属于自发反应，B项正确；Cu与Fe3＋反应是放热反应，C项错误；NH4Cl受热分解反应属于吸热反应，D项错误。 8.氧元素是在自然界中分布最广的元素，氧气在生产生活中有广泛的应用。1 mol O2随温度升高时的熵（S）的变化示意图如图，下列说法不正确的是（　　） A.由图可知，1 mol O2（g）的熵值不是定值 B.物质的熵值与物质的组成、状态、温度等因素有关 C.熵值由94 J·K－1·mol－1→170 J·K－1·mol－1的过程：O2由液态转化为气态 D.相同温度和压强下，O4（g）、O3（g）、O2（g）的熵值依次减小 答案　C　 解析　由图可知，1 mol O2（g）的熵值随温度的升高而增大，可见1 mol O2（g）不是定值，A项正确；其他条件相同时，混合物的熵值大于纯净物；当物质的组成和物质的量相同时，熵值大小关系为：气态＞液态＞固体，当物质的组成、物质的量和状态相同时，温度越高，熵值越大，即物质的熵值与物质的组成、状态、温度等因素有关，B项正确；同一种物质，其熵值大小关系为：气态＞液态＞固体，图像中出现的熵值由59 J/（K·mol）→67 J/（K·mol）、94 J/（K·mol）→170 J/（K·mol）的两个突变，是氧气状态的改变导致的，其中熵值由94 J/（K·mol）→170 J/（K·mol）是氧气由液态变为气态，C项正确；在同温同压下，物质的熵值的大小和其物质的量成正比，而由于三者的物质的量大小关系未知，故其熵值大小无法比较，D项错误。 9.一定温度和压强下，当ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行。下列反应ΔH＞0，ΔS＞0的是（　　） A. HCl（g）＋NH3（g）NH4Cl（s） B.高温下能自发进行的反应：2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g） C.2H2（g）＋O2（g）2H2O（l） D. 任何温度下均能自发进行的反应：COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g） 答案　B　 解析　HCl（g）＋NH3（g）NH4Cl（s）的ΔS＜0，A项不符合题意；2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g）的ΔS＞0，该反应在高温下能自发进行，则高温下ΔH－TΔS＜0，说明ΔH＞0，B项符合题意；2H2（g）＋O2（g）2H2O（l）的ΔH＜0，ΔS＜0，C项不符合题意；COCl2（g）CO（g）＋Cl2（g）任何温度下均能自发进行，其ΔS＞0，若任何温度下均存在ΔH－TΔS＜0，则ΔH＜0，D项不符合题意。 10.已知在100 kPa、298.15 K时石灰石发生分解反应： CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g） 　ΔH＝＋178.3 kJ/mol，ΔS＝160.4 J·mol－1·K－1。回答下列问题： （1）该反应　　　　（填“能”或“不能”）自发进行。 （2）据本题反应数据分析，温度　　　　（填“能”或“不能”）成为反应方向的决定因素。 （3）若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为　　　　。 解析　（1）ΔG＝ΔH－TΔS＝178.3 kJ·mol－1－298.15 K×160.4×10－3 kJ·mol－1·K－1≈130.5 kJ·mol－1＞0，所以该反应不能自发进行。（2）因为该反应ΔH＞0、ΔS＞0，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知在温度较高时，ΔG＜0。（3）根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应可自发进行，则有：T＞ΔH/ΔS≈1 111.6 K。 答案：（1）不能　（2）能　（3）1 111.6 K 11.有A、B、C、D 4个反应： 反应 A B C D ΔH/（kJ·mol－1） 10.5 1.80 －126 －11.7 ΔS/（J·mol－1·K－1） 30.0 －113.0 84.0 －105.0 则在任何温度都能自发进行的反应是　　　　；任何温度都不能自发进行的反应是　　　　；另两个反应中，在温度高于　　　　时可自发进行的反应是　　　　，在温度低于　　　　时可自发进行的反应是　　　　。 解析　当ΔH＜0，ΔS＞0时，反应在任何温度下都能自发进行，当ΔH＞0，ΔS＜0时，反应在任何温度下都不能自发进行；当ΔH＞0，ΔS＞0时在高温下能自发进行，则反应A需要的温度须高于T＞＝＝350 K[或（350－273） ℃＝77 ℃]；当ΔH＜0，ΔS＜0时在低温下能自发进行，则反应D所需温度须低于T＜＝≈111.4 K[或（111.4－273） ℃＝－161.6 ℃]。 答案：C　B　77 ℃（或350 K）　A －161.6 ℃（或111.4 K）　D 12.皮筋在拉伸和收缩状态时结构如图，在其拉伸过程中有放热现象。25 ℃、101 kPa时，下列过程的焓变、熵变和自发性与橡皮筋从拉伸状态到收缩状态一致的是（　　） A. CaCO3CaO＋CO2↑ B. NaOH的溶解 C.2H2＋O22H2O D. Ba（OH）2·8H2O＋2NH4ClBaCl2＋2NH3↑＋10H2O 答案　D　 解析　结合题意及图示可知橡皮筋从拉伸状态到收缩状态，应是吸热、熵增的自发过程。碳酸钙分解为吸热反应，且ΔS＞0，但碳酸钙在25 ℃，101 kPa下不会自发分解，A项错误；NaOH的溶解放热，且ΔS＞0，B项错误；氢气在氧气中燃烧放热，且ΔS＜0，C项错误；该反应为吸热反应，且ΔS＞0，在25 ℃，101 kPa时能自发发生，符合题意，D项正确。 13.正确判断反应自发进行的方向对于科学研究、生产实践具有重要意义。下列说法不正确的是（　　） A.反应2C（s）＋O2（g）2CO（g）在任何温度条件都可自发进行 B.已知反应CO2（g）C（s）＋O2（g） C.已知：NaHCO3（aq）＋HCl（aq）NaCl（aq）＋H2O（l）＋CO2（g）ΔH＝＋31.4 kJ/mol。说明在常温常压下，此反应自发进行的决定因素是熵增 D.常温常压下可发生反应：4Fe（OH）2（s）＋O2（g）＋2H2O（l）4Fe（OH）3（s），说明此反应ΔH＜0 ΔS＜0。积极研究此反应合适的催化剂有助于除二氧化碳 答案　B　 解析　反应2C（s）＋O2（g）2CO（g）属于熵增焓减的反应，ΔS＞0、ΔH＜0，由ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知，该反应任何温度条件都可自发进行，A项正确；反应CO2（g）C（s）＋O2（g）　ΔS＜0，ΔH＞0，由ΔG＝ΔH－TΔS＞0可知，该反应在任何温度下都不能自发进行，B项错误；NaHCO3（aq）＋HCl（aq）NaCl（aq）＋H2O（l）＋CO2（g） ΔH＝＋31.4 kJ/mol，可知ΔH＞0，那么自发进行的决定因素是熵增，C项正确；反应：4Fe（OH）2（s）＋O2（g）＋2H2O（l）4Fe（OH）3（s），ΔS＜0，常温常压下自发进行，那么此反应ΔH＜0，D项正确。 14.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＜0 D 4M（s）＋N（g）＋2W（l）4Q（s） 常温下，自发进行 ΔH＞0 答案　B　 解析　根据复合判据ΔG＝ΔH－TΔS，M（s）X（g）＋Y（s），固体分解生成气体，为熵增反应，ΔH＞0时，在高温下，能自发进行，A项错误；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x可能等于1、2或3，B项正确；4X（g）＋5Y（g）4W（g）＋6G（g）是熵增反应，ΔH＜0，反应在任何温度下都能自发进行，当ΔH＞0时，在高温下可能自发进行，C项错误；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项错误。 15.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，在图书馆查到如下热力学数据： 反应①的ΔH（298 K）＝＋74.848 kJ/mol， ΔS（298 K）＝＋80.674 J/（mol·K）； 反应②的ΔH（298 K）＝＋376.426 kJ/mol， ΔS（298 K）＝＋220.211 J/（mol·K）。 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）反应①属于　　　　（填“高温”或“低温”）自发反应。 （2）判断反应①自发进行是由　　　　（填“焓变”或“熵变”）决定的。 （3）制取炭黑的允许温度范围　　　　。 （4）为了提高甲烷的炭化程度，你认为下面四个温度中最合适的是　　　　（填标号）。 A.905.2 K B.927 K C.1 273 K D.2 000 K 解析　（1）由于天然气制取炭黑的反应是一个吸热、熵增的反应，只有在高温下才会有ΔH－TΔS＜0，所以反应①在高温时能自发进行。（2）因为反应①吸热，不利于反应的自发进行；而熵增有利于反应的自发进行，所以反应①能否自发进行由熵变决定。（3）天然气裂解为炭黑时，ΔH－TΔS＝74.848 kJ/mol－80.674×10－3 kJ/（mol·K）×T＜0，得T＞927.8 K，即天然气裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。天然气裂解为乙炔时，ΔH－TΔS＝376.426 kJ/mol－220.211×10－3 kJ/（mol·K）×T＜0，得T＞1 709.4 K，即温度高于1 709.4 K时天然气会自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，温度需控制在927.8～1 709.4 K之间。 答案：（1）高温　（2）熵变 （3）927.8～1 709.4 K　（4）C 学科网（北京）股份有限公司 $$