内容正文:
假期作业(四) 化学反应的方向
化
学
反
应
进
行
的
方
向
自发过程与
自发反应
自发过程
自发反应
常见的自发过程和自发反应
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反应的焓变与反应方向
反应的熵变与反应方向
熵与反应熵变
熵的影响因素
熵对反应方向的影响
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化学反应方向的判断依据
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一、自发过程
1.含义
在一定条件下,不用借助于 就可以
的过程.
2.特点
(1)体系趋向于从 状态转变为
状态(体系对外部 或 热量).
(2)在密闭条件下,体系有从 自
发转变为 的倾向.
二、自发过程的焓判据
放热过程中体系 降低,具有自发
的倾向.
三、自发过程的熵判据
1.混乱度
表示体系的 或 .
2.熵
用来描述体系 的物理量.符号为
,单位为 .
3.熵值大小的比较
同一物质不同状态的熵值大小为S(g)
S(l) S(s).
4.熵增原理
在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体
系的熵 ,即熵变(ΔS) 0.
熵增的过程就是 .
5.熵判据
在密闭条件下,体系有自发地向混乱度
(即 )的方向转变的倾向.
四、复合判据
过程的自发性只能用于判断 ,不
能确定过程是否一定发生和过程发生的
.由
和 组合而成的 ,将更适
合于所有的过程,只根据一个方面来判断
反应进行的方向是不全面的.
一、1.外力 自动进行 2.(1)高能 低能
做功 释放 (2)有序 无序
二、能量
三、1.不规则 无序状态 2.混乱度 S
J/(molK)
3.> > 4.增大 大于 自发过程
5.增加 熵增
四、过程的方向 速率 焓判据 熵判据 复合
判据
01
1.“一饮涤昏寐,情来朗爽满天地.再饮清我
神,忽如飞雨洒轻尘.三饮便得道,何须苦
心破烦恼.”我国自古就有以茶待客的礼仪,
下列化学方程式与泡茶到饮茶过程中的熵
变、焓变以及自发性均一致的是 ( )
A.2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)
B.2CO(g)+O2(g)2CO2(g)
C.2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)BaCl2(s)
+2NH3(g)+2H2O(l)
D.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)
2.实验证明,多数能自发进行的反应都是放热
反应.对此说法的理解正确的是 ( )
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个
重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一
判据
3.已知2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)
ΔH=-98kJmol-1.实 验 表 明,纯 的
H2O2 相对稳定,在54℃下恒温贮存2周
后,浓度仍能保持99%,这是由于上述反应
( )
A.不能自发进行 B.属于吸热反应
C.平衡常数很小 D.活化能较大
4.相同温度和压强下,关于物质熵的大小比
较,合理的是 ( )
A.1molCH4(g)<1molH2(g)
B.1molH2O(g)<2molH2O(g)
C.1molH2O(s)>1molH2O(l)
D.1molC(s,金刚石)>1molC(s,石墨)
5.已知反应4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)
4Fe(OH)3(s) ΔH=-4443kJ
mol-1,反应后熵减小,在常温常压下该反应
能自发进行,对反应的方向起决定作用的是
( )
A.焓变 B.温度
C.压强 D.熵变
6.已知体系自由能变化ΔG=ΔH-TΔS,ΔG
<0时反应能自发进行.两个氢化反应的
ΔG与温度的关系如图所示,下列说法正确
的是 ( )
A.反应①的ΔS<0
B.反应②在600℃时的反应速率很快
C.温度大于1000℃时,反应①能自发进行
D.反应②的ΔH>0
7.(双选)下列说法正确的是 ( )
A.常温下反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)
不能自发进行,则该反应ΔH>0
B.反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)
能自发进行,则该反应ΔH<0
C.P4(s)+3NaOH(aq)+3H2O(l)
3NaH2PO2(aq)+PH3(g) ΔH>0该反
应常温下能自发进行,则ΔS<0
D.反 应 SiO2(s)+3C(s)SiC(s)+
2CO(g)室温下不能自发进行,则该反应
的ΔH<0
8.地下水中的氮污染主要是由 NO-3 引起的,
人们对NO-3 的转化进行了长时间的研究,
目前主要有物理方法、化学方法和生物方
法,其中化学方法主要包含活泼金属还原法
和催化反硝化法.催化反硝化法是一种经
济可行的脱氮方法,其原理是在Pd/Cu双
金属催化剂作用下,H2 将硝酸盐还原成氮
11
气:2NO-3 +5H2
Pd/Cu
N2 ↑ +2OH-
+4H2O.
(1)下列说法错误的是 (填序号).
A.氮肥NH4NO3 溶于水的过程中熵值增大
B.在酸性条件下,活泼金属与NO-3 反应属
于自发反应
C.Pd/Cu双金属催化剂是该反应是否能自
发发生的决定因素
(2)已知:2NO-3 +5H2
Pd/Cu
N2↑+2OH-
+4H2O 的 ΔH=+akJmol-1,ΔS=
+bkJmol-1K-1(a、b均为正值),该反
应 (填“能”“不能”或“无法判断是否
能”)自发进行.
1.(2024安徽卷,12)室温下,为探究纳米铁
去除水样中SeO2-4 的影响因素,测得不同
条件下SeO2-4 浓度随时间变化关系如图.
实验序号 水样体积/mL 纳米铁质量/mg 水样初始pH
① 50 8 6
② 50 2 6
③ 50 2 8
下列说法正确的是 ( )
A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v
(SeO2-4 )=2.0molL-1h-1
B.实验③中,反应的离子方程式为:2Fe+
SeO2-4 +8H+2Fe3++Se+4H2O
C.其他条件相同时,适当增加纳米铁质量
可加快反应速率
D.其他条件相同时,水样初始pH 越小,
SeO2-4 的去除效果越好
2.(2023湖北卷)工业制备高纯硅的主要过
程如下:
石 英 砂
焦炭
1800~2000℃→粗 硅
HCl
300℃→SiHCl3
H2
1100℃→高纯硅
下列说法错误的是 ( )
A.制 备 粗 硅 的 反 应 方 程 式 为 SiO2+2C
高温
Si+2CO↑
'B.1molSi含Si-Si键的数目约为4×
6.02×1023
C.原料气 HCl和 H2 应充分去除水和氧气
D.生成SiHCl3 的反应为熵减过程
吉布斯自由能
吉布斯自由能又叫吉布斯函数(符号为
G),它是由美国著名科 学 家 吉 布 斯(1839~
1903)提出的.
1876年~1878年,吉布斯在康涅狄格科
学院学报上发表了奠定化学热力学基础的经
典之作«论非均相物体的平衡».这一长达三
百余页的论文被认为是化学史上最重要的论
文之一,其中提出了吉布斯自由能、化学势等
概念,阐明了化学平衡、相平衡、表面吸附等现
象的本质.
体系自由能的变化ΔG=ΔH-TΔS(kJ/mol)
综合考虑了焓变和熵变对体系的影响,可用于
化学反应能否自发进行的判断.
吉布斯在物理和化学方面都有很大贡献.
奥斯特瓦尔德(德国物理化学家,诺贝尔化学
奖得主)认为“无论从形式还是内容上,他赋予了
物理化学整整一百年”.朗道(前苏联著名物理
学家,凝聚态物理学奠基人,诺贝尔物理学奖得
主)认为吉布斯“对统计力学给出了适用于任何
宏观物体的最彻底、最完整的形式”.
21
6e-Al2O3+6H+;加入 NaHCO3 溶液后产生气泡和
白色沉淀,是由于废电解液中含有 H+,HCO-3 与 H+ 反
应生成 CO2 气体,随着 H+ 的减少,溶液碱性增强,产生
Al(OH)3沉淀.(2)电镀时,阳极 Cu可以发生氧化反应
生成Cu2+,以补充 Cu2+.(3)铁被保护,可以作原电池
的正极,或者电解池的阴极,故若 X为碳棒,开关 K 应置
于 N处,Fe作阴极受到保护;若 X 为锌,开关 K 置于 M
处,铁作正极,锌作负极,称为牺牲阳极的阴极保护法.
答案:(1)①2Al+2OH-+2H2O2AlO-2 +3H2↑ b
②2Al+3H2O-6e- Al2O3+6H+ HCO-3 与 H+
反应,使 H+浓度减小,产生 Al(OH)3 沉淀
(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+
(3)N 牺牲阳极的阴极保护法
高考冲浪
1.B 由电解原理图可知,Ni电极产生氢气,作阴极,发生
还原 反 应,电 解 质 溶 液 为 KOH 溶 液,则 电 极 反 应 为:
2H2O+2e-H2↑+2OH-;Pt电极 C3N8H4 失去电
子生成 C6N4-16 ,作阳极,电极反应为:2C3N8H4+8OH-
-4e-C6N4-16 +8H2O,同时,Pt电极还伴随少量 O2
生成,电极反应为:4OH- -4e- O2↑+2H2O.A.
由分析可知,Ni电极为阴极,Pt电极为阳极,电解过程
中,阴离子向阳极移动,即 OH- 向 Pt电极移动,A 错误;
B.由分析可知,Pt电极 C3N8H4 失去电子生成 C6N4-16 ,
电解质 溶 液 为 KOH 溶 液,电 极 反 应 为:2C3N8H4 +
8OH--4e- C6N4-16 +8H2O,B 正 确;C.由 分 析 可
知,阳 极 主 要 反 应 为:2C3N8H4 +8OH- -4e-
C6N4-16 +8H2O,阴 极 反 应 为:2H2O+2e- H2↑+
2OH-,则电解过程中发生的总反应主要为:2C3N8H4+
4OH-C6N4-16 +4H2O+2H2↑,反应消耗 OH-,生成
H2O,电解一段时间后,溶液pH 降低,C错误;D.根据电
解总反应:2C3N8H4+4OH- C6N4-16 +4H2O+2H2↑
可知,每生成1molH2,生成05molK4C6N16,但 Pt电
极伴随少量 O2 生成,发生电极反应:4OH- -4e-
O2↑+2H2O,则 生 成1molH2 时 得 到 的 部 分 电 子 由
OH- 放电产生 O2 提供,所以生成 K4C6N16小于05mol,
D错误.
2.D 由图可知,左侧电极产生氧气,则左侧电极为阳极,电
极a为正极,右侧电极为阴极,b电极为负极,该装置的总
反应产生氧气和氢气,相当于电解水,以此解题.A.由分
析可知,a为正极,b电极为负极,则a端电势高于b端电
势,A 错误;B.右侧电极上产 生 氢 气 的 电 极 方 程 式 为:
2H2O+2e- H2↑+2OH-,则理论上转移2mole-
生成2gH2,B错误;C.由图可知,该装置的总反应为电
解海水的装置,随着电解的进行,海水的浓度增大,但是
其pH 基本不变,C错误;D.由图可知,阳极上的电极反应
为:Cl-+H2O-2e-HClO+H+,D正确;故选 D.
假期作业(四)
1.A 泡茶过程是一个自发的、ΔS>0、ΔH<0的过程.A.
反应2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)为 ΔS>0、ΔH<0
的反应,选项 A符合题意;B.反应2CO(g)+O2(g)
2CO2(g)为 ΔS<0、ΔH<0的反应,选项 B不符合题意;
C.反应2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)BaCl2(s)+2NH3(g)
+2H2O(l)为 ΔS>0、ΔH>0的反应,选项C不符合题意;
D.反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)为 ΔS>0、ΔH>
0的反应,选项 D不符合题意;答案选 A.
2.C 3.D
4.B A.CH4(g)和 H2(g)物质的量相同,且均为气态,CH4(g)
含有的原子总数多,CH4(g)的摩尔质量大,所以熵值1mol
CH4(g)>1molH2(g),A 错误;B.相同状态的相同物
质,物质的量越大,熵值越大,所以熵值1molH2O(g)<
2molH2O(g),B 正确;C.等量的同物质,熵值关系为:
S(g)>S(l)>S(s),所以熵值1molH2O(s)<1molH2O(l),
C错误;D.从金刚石和石墨的结构组成上来看,金刚石的
微观结构更有序,熵值更低,所以熵值1molC(s,金刚石)
<1molC(s,石墨),D错误;答案为:B.
5.A 根据焓判据和熵判据组成的复合判据 ΔH-TΔS<0
时,反应能够自发进行,由于题给反应熵减小,TΔS 一定
小于0,若该反应能自发进行,则其 ΔH 一定小于零,故起
决定作用的是焓变,选 A.
6.C 由图像分析可知:反应①随温度的升高,ΔG 逐渐减
小;反应②随温度的升高 ΔG 逐渐增大,结合 ΔG=ΔH-
TΔS分析解答.A.反应①随温度的升高,ΔG 逐渐减小,
则ΔS>0,故 A错误;B.该题我们可以推测自发反应时的
温度,但无法推测什么温度的反应快慢,故 B错误;C.因
ΔG<0时,反应能自发进行,反应①在温度大于1000℃
时 ΔG<0,故此时反应①能自发进行,故 C正确;D.根据
数学知识可知,ΔH 为该图像的截距,而反应热的截距小
于0,故 ΔH<0,故 D错误;答案选C.
7.AB
8.解析:(1)A.NH4NO3 溶于水时混乱度增大,其熵值增
大,A项正确;B.活泼金属易失去电子,酸性条件下 NO-3
具有强氧化性,二者反应属于自发反应,B项正确;C.决
定反应是否为自发反应的因素是反应物自身的性质,C
项错误;故答案为:C;
54
(2)ΔH-TΔS=a-bT,由于无法判断a和bT 值的相对
大小,故无法确定 ΔH-TΔS 是大于0还是小于0,所以
无法判断该反应是否能自发进行,故答案为:无法判断是
否能.
答案:(1)C (2)无法判断是否能
高考冲浪
1.C A.实验①中,0~2小时内平均反应速率v(SeO2-4 )=
(5.0×10-5-1.0×10-5)molL-1
2h =2.0×10
-5molL-1
h-1,A不正确;B.实验③中水样初始pH=8,溶液显弱
碱性,发生反应的离子方程式中不能用 H+ 配电荷守恒,
B不正确;C.综合分析实验①和②可知,在相同时间内,
实验①中 SeO2-4 浓度的变化量大,因此,其他条件相同
时,适当增加纳米铁质量可加快反应速率,C正确;D.综
合分析实验③和②可知,在相同时间内,实验②中SeO2-4
浓度的变化量大,因此,其他条件相同时,适当减小初始
pH,SeO2-4 的去除效果 越 好,但 是 当 初 始 pH 太 小 时,
H+ 浓度 太 大,纳 米 铁 与 H+ 反 应 速 率 加 快,会 导 致 与
SeO2-4 反 应 的 纳 米 铁 减 少,因 此,当 初 始 pH 越 小 时
SeO2-4 的去除效果不一定越好,D不正确.
2.B A.SiO2 和C在高温下发生反应生成Si和 CO,因此,
制备粗硅反应的化学方程式为SiO2+2C
高温
Si+2CO↑,
A说法正确;B.在晶体硅中,每个 Si与其周围的4个 Si
形成共价键并形成立体空间网状结构,因此,平均每个Si
形成2个共价键,1molSi含Si-Si键的数目约为2×
6.02×1023,B说法错误;C.HCl易与水形成盐酸,在一定
的条件下氧气可以将 HCl氧化;H2 在高温下遇到氧气能
发生反应生成水,且其易燃易爆,其与 SiHCl3 在高温下
反应生成硅和 HCl,因此,原料气 HCl和 H2 应充分去除
水和氧气,C 说法 正 确;D.Si+3HCl
300℃
SiHCl3+
H2,该反应是气体分子数减少的反应,因此,生成SiHCl3
的反应为熵减过程,D说法正确;综上所述,本题选B.
假期作业(五)
1.C 2.B 3.A
4.B 2molN2 和3molH2 反应,假设反应能够进行到底,
则3molH2 完全反应,生成2molNH3,此时 NH3 浓度
为02molL-1,但由于反应是可逆反应,不能完全反
应,所以 NH3 浓度达不到02molL-1.
5.C A.反应为恒温恒容,气体的密度始终保持不变,故 A
不符;B.CO 浓度与 CH3OH 浓度相等,不能说明各组分
浓度不变,故B不符;C.反应各组分均为气体,气体的平
均摩尔质量随气体的总物质的量改变而改变,气体的平
均摩尔质量保持不变,说明已经达到平衡状态,故 C 符
合;D.v正(CO)=v逆(H2),说明v正 (CO)≠v逆 (CO),没
有达到平衡状态,故 D不符;故选C.
6.C A.恒温恒容条件下,充入“惰气”,化学反应各物质浓
度不变,反应速率不变,选项 A错误;B.在恒温恒压下,平
衡后充入CH3OH,容器体积增大,一氧化碳、氢气浓度减
小,平衡向右移动,选项 B错误;C.单位时间内氢气的产
率可以表示反应速率,加入催化剂,反应速率增大,提高
单位时间内 H2 的产率,选项C正确;D.该反应是吸热反
应,升高温度,平衡向右移动,平衡常数增大,但是焓变
(反应热)只与反应物与生成物的总能量差有关,即反应
热不变,选项 D错误;答案选C.
7.AD 8.BC
9.解析:一定条件下,将2molA 气体和2molB气体加入
2L的恒容密闭容器中进行反应:2A(g)+B(g) 2C(g).
2min后达化学平衡,测得C的浓度为08molL-1,则
可得到三段式:
2A(g)+B(g) 2C(g)
起始浓度
(mol/L)
1 1 0
转化浓度
(mol/L)
0.8 0.4 0.8
平衡浓度
(mol/L)
0.2 0.6 0.8
据此回答.
(1)2min内用 A表示的平均反应速率为
v(A)=v(C)=Δc
(C)
Δt =
0.8molL-1
2min =
0.4molL-1min-1.
(2)据分析,平衡时B的物质的量浓度为06mol/L.
(3)平衡时 A 的转化率α(A)=Δn
(A)
n(A)×100%=
Δc(A)
c(A)
×100%=0.81 ×100%=80%
,B的转化率α(B)=Δc
(B)
c(B)
×100%=0.41 ×100%=40%
,则平衡时 A 的转化率是 B
的转化率的2倍.
(4)A.A表示的平均反应速率等于 C表示的平均反应速
率,但没有指明反应的方向,难以确定正逆反应速率是否
相等,因此不符合;B.消耗1molA 的同时生成05mol
B,则正逆反应速率相等,因此符合;C.同一个方向的正逆
反应速率之比等于化学计量数之比.所以假如都是正反
64