专题2 第2单元 第1课时 化学反应的方向(Word练习)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修1（苏教版2019）

1．下列说法正确的是(　　) A．所有自发进行的化学反应都是放热反应 B．熵减小的化学反应不能自发进行 C．有气体生成的反应一定是熵增大的反应 D．“冰，水为之，而寒于水”，水结冰过程中ΔH<0，ΔS<0 解析　反应能否自发进行取决于焓变和熵变的复合判据，对于吸热反应，在一定温度下也能自发进行，A错误；反应自发与否由焓变与熵变共同决定，熵减小的化学反应也可能自发进行，B错误；有气体生成的反应，反应前后气体不一定增多，不一定是熵增大的反应，C错误；同种物质，液态的能量大于固态，水结成冰的过程是熵减小的过程，即ΔS<0，且该过程是放热过程，即ΔH<0，D正确。 答案　D 2．已知气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。一定条件下，下列反应不能自发进行的是(　　) A．2O3(g)===3O2(g)　ΔH＜0 B．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH＞0 C．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＜0 D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0 解析　A项，ΔH<0，ΔS>0，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知，任何温度下都能满足ΔH－TΔS<0，反应可自发进行；B项，ΔH>0，ΔS<0，任何温度下都满足ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应在任何温度下都不能自发进行；C项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，可满足ΔH－TΔS<0，反应在较低温度下可自发进行；D项，ΔH>0，ΔS>0，在较高温度下，可满足ΔH－TΔS<0，反应在较高温度下能自发进行。 答案　B 3．下列说法正确的是(　　) A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行 B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝＋185.7 kJ·mol－1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向 C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向 解析　有些熵值增大的吸热反应可以自发进行，A错误；应利用复合判据进行判断，C错误；使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向，D错误。 答案　B 4．下列在常温下能自发进行的反应，既能用焓判据解释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 解析　A，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，该反应为吸热反应，不能用焓判据解释，不符合题意；C，该反应是放热反应，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，NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3，熵增加，能用熵判据解释，但该反应为吸热反应，不能用焓判据解释，不符合题意。 答案　C 5．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．自发反应的熵一定增大，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 解析　反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的。若ΔH＜0，ΔS＞0，则一定自发，若ΔH＞0，ΔS＜0，则一定不能自发，若ΔH＜0，ΔS＜0或ΔH＞0，ΔS＞0，反应能否自发和温度有关，A、B错误；C项中反应的ΔS＞0，若ΔH＜0，则一定自发，现常温下不自发，说明ΔH＞0，正确；D项中反应的ΔS＜0，能自发，说明ΔH＜0，错误。 答案　C 6．汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法中正确的是(　　) A．该反应是熵增加的反应 B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂 C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率 D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应 解析　只使用催化剂便可使尾气发生转化，故此反应能自发进行，B错误；因反应是气体物质的量减小的反应，故其熵减小，A错误；因熵减小不利于反应自发，故自发进行的原因是反应放热，D错误。 答案　C 7．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．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 B．该反应熵增，所以一定可以自发进行 C．该反应中ΔS>0，所以高温可以自发进行 D．自发进行的反应可能是放热反应，不能自发进行的反应都是吸热反应 解析　该反应为吸热反应，ΔH＞0、ΔS＞0，由反应自发进行的复合判据可知，当高温时可以自发进行，A错误、C正确；该反应ΔS＞0、ΔH＞0，只有当ΔH－TΔS＜0时才能自发进行，即高温时才能自发进行，B错误；无论放热反应还是吸热反应只要ΔH－TΔS＜0就能自发进行，D错误。 答案　C 8．煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下： CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH1＝＋218.4 kJ/mol(反应Ⅰ) CaSO4(s)＋4CO(g)CaS(s)＋4CO2(g) ΔH2＝－175.6 kJ/mol(反应Ⅱ) 下列有关说法正确的是(　　) A．反应Ⅰ在较低的温度下可自发进行 B．反应Ⅱ在较低的温度下可自发进行 C．用生石灰固硫的反应为4CaO(s)＋4SO2(g)3CaSO4(s)＋CaS(s)　ΔH3，则ΔH3＞ΔH2 D．由反应Ⅰ和反应Ⅱ可计算出反应CaSO4(s)CaO(s)＋SO3(g)的焓变 解析　因反应Ⅰ的ΔH1＞0，ΔS＞0，根据复合判据ΔH－TΔS可知，该反应在高温下能自发进行，A错误；要使反应Ⅱ自发进行，则ΔH－TΔS＜0，已知ΔH2＜0，由反应方程式可知该反应的熵变化不大，反应的自发性主要取决于焓变，所以该反应在低温下即可自发进行，B正确；根据盖斯定律，(反应Ⅱ)－4×(反应Ⅰ)即得C选项的热化学方程式，所以ΔH3＝ΔH2－4ΔH1，已知ΔH1＞0，ΔH2＜0，所以ΔH3＜ΔH2，C错误；反应Ⅰ和反应Ⅱ中没有SO3(g)，所以无法通过反应Ⅰ和反应Ⅱ计算出反应CaSO4(s)CaO(s)＋SO3(g)的焓变，D错误。 答案　B 9．(2023·浙江6月选考卷)水煤气变换反应是工业上的重要反应，可用于制氢。 水煤气变换反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 该反应分两步完成： 3Fe2O3(s)＋CO(g)2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 2Fe3O4(s)＋H2O(g)3Fe2O3(s)＋H2(g)　ΔH2 请回答： (1)ΔH2＝________kJ·mol－1。 (2)恒定总压1.70 MPa和水碳比[n/n(CO)＝12∶5]投料，在不同条件下达到平衡时CO2和H2的分压(某成分分压＝总压×该成分的物质的量分数)如下表： p/MPa p/MPa p/MPa 条件1 0.40 0.40 0 条件2 0.42 0.36 0.02 ①在条件1下，水煤气变换反应的平衡常数K＝________。 ②对比条件1，条件2中H2产率下降是因为发生了一个不涉及CO2的副反应，写出该反应方程式________________________。 (3)下列说法正确的是________。 A．通入反应器的原料气中应避免混入O2 B．恒定水碳比，增加体系总压可提高H2的平衡产率 C．通入过量的水蒸气可防止Fe3O4被进一步还原为Fe D．通过充入惰性气体增加体系总压，可提高反应速率 (4)水煤气变换反应是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热(如图1所示)，保证反应在最适宜温度附近进行。 ①在催化剂活性温度范围内，图2中b～c段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是________。 A．按原水碳比通入冷的原料气 B．喷入冷水(蒸气) C．通过热交换器换热 ②若采用喷入冷水(蒸气)的方式降温，在图3中作出CO平衡转化率随温度变化的曲线。 (5)在催化剂活性温度范围内，水煤气变换反应的历程包含反应物分子在催化剂表面的吸附(快速)、反应及产物分子脱附等过程。随着温度升高，该反应的反应速率先增大后减小，其速率减小的原因是_____________________________________________________。 解析　(1)设方程式①CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1 ②3Fe2O3(s)＋CO(g)2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1 ③2Fe3O4(s)＋H2O(g)3Fe2O3(s)＋H2(g)　ΔH2 根据盖斯定律可知，③＝①－②，则ΔH2＝ΔH－ΔH1＝－(－47.2 kJ·mol－1)＝6 kJ·mol－1； (2)①条件1下没有甲烷生成，只发生了水煤气变换反应，该反应是一个气体分子数不变的反应。设在条件1下平衡时容器的总体积为V，水蒸气和一氧化碳的投料分别为12 mol和5 mol，参加反应的一氧化碳为x mol，根据已知信息可得以下三段式： 　　　　　　CO(g)　＋　H2O(g)CO2(g)　＋　H2(g) 开始 5 12 0 0 转化 x x x x 平衡 5－x 12－x x x ×1.7 MPa＝0.40 MPa，解得x＝4；则平衡常数K＝＝2； ②根据表格中的数据可知，有甲烷生成，且该副反应没有二氧化碳参与，且氢气的产率降低，则该方程式为：CO＋3H2CH4＋H2O； (3)一氧化碳和氢气都可以和氧气反应，则通入反应器的原料气中应避免混入O2，A正确；该反应前后气体计量系数相同，则增加体系总压平衡不移动，不能提高平衡产率，B错误；通入过量的水蒸气可以促进四氧化三铁被氧化为氧化铁，水蒸气不能将铁的氧化物还原为单质铁，但过量的水蒸气可以降低体系中CO和H2的浓度，从而防止铁的氧化物被还原为单质铁，C正确；若保持容器的体积不变，通过充入惰性气体增加体系总压，反应物浓度不变，反应速率不变，D错误； (4)①按原水碳比通入冷的原料气，可以降低温度，反应物浓度增大导致CO的转化率稍减小，之后再通过催化剂层后，CO的转化率又增大且高于原来的，与图中变化相符，A正确；喷入冷水(蒸气)，可以降低温度，但是同时水蒸气的浓度增大，会导致CO的转化率增大，与图中变化不符，B错误；水煤气变换反应是放热的可逆反应，通过热交换器可以与原料气进行热交换降低温度，但温度仍在催化剂活性温度范围内，由于温度对化学反应速率的影响远小于催化剂的影响，CO的转化率基本保持不变，且再通过催化剂层后CO的转化率不会高于原来的，与图中变化不相符，C错误；故选A； ②增大水蒸气的浓度，平衡正向移动，则一氧化碳的平衡转化率增大，会高于原平衡线，故图像为： ； (5)反应物分子在催化剂表面的吸附是一个放热的快速过程，随着温度的升高，反应物分子在催化剂表面的吸附降低，从而导致其反应物分子在催化剂表面的吸附量及浓度降低，反应速率减小。 答案　(1)6　(2)①2　②CO＋3H2CH4＋H2O　(3)AC　(4)①A ② (5)随着温度的升高，反应物分子在催化剂表面的吸附降低，从而导致其反应物分子在催化剂表面的吸附量及浓度降低，反应速率减小 10．回答下列问题。 (1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0，ΔS________(填“＞”“＜”或“＝”)0，在低温，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO===2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0。 (3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH＞0，ΔS＞0，则： ①该反应常温下________(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。 (4)已知下列数据：CaO(s)＋SO3(g)===CaSO4(s)　ΔH＝－401.9 kJ·mol－1 CaSO4(s) CaO(s) SO3(g) S/J·mol－1·K－1 107.0 39.75 256.65 用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体______(填“能”或“不能”)防止SO3污染环境。 解析　(1)该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以ΔH＞0，ΔS＞0，故在低温时ΔG＝ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。(2)因为ΔS＜0，且ΔG＝ΔH－TΔS＜0，故ΔH＜0。(3)①常温下石灰石不分解。②该反应的ΔH＞0，ΔS＞0，属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。(4)根据已知数据求得ΔS＝107.0 J·mol－1·K－1－39.75 J·mol－1·K－1－265.65 J·mol－1·K－1＝－189.4 J·mol－1·K－1，ΔH－TΔS＝－401.9 kJ·mol－1－298 K×(－189.4×10－3 kJ·mol－1·K－1)≈－345.46 kJ·mol－1，所以该反应能自发进行，因此用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体以防止SO3污染环境是可行的。 答案　(1)＞　＞　不能　(2)＜　(3)①不能　②能　(4)能 学科网（北京）股份有限公司 $$