内容正文:
假期必刷5 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
Jmol-1K-1
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
31
1.化学为我国航天事业的发展保驾护航.天
和核心舱中有电解水和制水反应两步反应,
制水反应为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)
+2H2O(l).下列有关说法错误的是
( )
A.制水反应的ΔS>0
B.运载火箭使用的液氢燃料具有高能、无
污染的特点
C.电解水反应的能量变化形式是电能转化
为化学能
D.上述两步反应解决了核心舱中 O2 的来
源、CO2 的清除和水的循环利用的问题
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
3.450℃,一定压强下,在密闭体系中以N2 和
H2 为原料,利用铁触媒做催化剂可合成氨:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0.
下列说法正确的是 ( )
A.温度降为400℃不利于提高反应限度
B.保持压强不变,室温下该反应不能自发
进行
C.其他条件不变,若反应在恒容绝热体系
中发生,NH3 的平衡产率将下降
D.初始充入等物质的量的 N2 和 H2,反应
一段时间后,若 N2 体积分数保持不变,
则反应达到平衡状态
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=-4443kJmol-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)在室温条件下不能自发进行,则
该反应的ΔH<0
41
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
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
发反应的决定因素
(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.(2023江苏卷)金属硫
化物(MxSy)催化反应
CH4(g)+2H2S(g)
CS2(g)+4H2(g),既可以除去天然气中的
H2S,又可以获得H2.下列说法正确的是
( )
A.该反应的ΔS<0
B.该反应的平衡常数
K=
c(CH4)c2(H2S)
c(CS2)c4(H2)
C.题图所示的反应机理中,步骤Ⅰ可理解
为 H2S中带部分负电荷的S与催化剂中
的 M之间发生作用
D.该反应中每消耗1molH2S,转移电子的
数目约为2×6.02×1023
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 化 学 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.
1876~1878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-1)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(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”.
51
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
molL-1
1 1 0
转化浓度
molL-1
0.8 0.4 0.8
平衡浓度
molL-1
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 =0.4mol
L-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
应速率始终满足条件,分别用 A、B、C表示的反应速率之
比为2∶1∶2,因此不符合;D.C的物质的量不再变化,满
足平衡特征,因此符合;答案为BD.
(5)增加反应物的浓度、升高温度、增大气体的压强、使用
催化剂等,均可加快化学反应速率.在不加入任何物质
的条件下,要使该反应的化学反应速率加快,可采取的措
施为:升高温度,缩小容器体积.
答案:(1)04molL-1min-1
(2)06molL-1 (3)2 (4)BD
(5)升高温度,缩小容器体积
高考冲浪
1.A 提高反应温度,c平 (S)/c平 (T)增大,说明反应S(g)
T(g)的平衡逆向移动,即该反应为放热反应,c平 (S)/
c平(I)减小,说明S生成中间产物I的反应平衡正向移动,
属于吸热反应,由此可排除 C、D 选项,加入催化剂,反应
达到平衡所需时间大幅缩短,即反应的决速步骤的活化
能下降,使得反应速率大幅加快,活化能大的步骤为决速
步骤,符合条件的反应历程示意图为 A,故 A正确.
2.A 由题意可知,平衡时 Y 的浓度为04mol/L,由方程
式可知,X的浓度为1mol/L-04mol/L=06mol/L,Z
的 浓 度 为 04 mol/L,则 反 应 的 平 衡 常 数 K =
0.4mol/L×0.4mol/L
0.6mol/L ≈027
.
A.向真空刚性容器中再充入1molX和1molY时,反应
的浓度熵Q=1.4mol
/L×0.4mol/L
1.6mol/L =035>K
,则反应
向逆反应方向进行,正反应速率小于逆反应速率,故 A 正
确;B.向真空刚性容器中再充入1molX 相当于增大压
强,该反应是气体体积增大的反应,增大压强,平衡向逆
反应方向移动,则平衡时,Y 的浓度小于08mol/L,故 B
错误;C.向真空刚性容器中再充入不参与反应的1mol
氮气,反应体系中各物质浓度不变,平衡不移动,故 C错
误;D.温度升高,X的转化率增加,说明平衡向正反应方
向移动,该反应为焓变大于0的吸热反应,故 D错误.
假期必刷5 化学反应的方向
1.A A.根据制水反应 CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+
2H2O(l)可知,随反应进行,气体分子数减少,因此该反应
的 ΔS<0,A 错误;B.液氢燃料燃烧热值高,燃烧产物为
水,因此具有高能、无污染的特点,B正确;C.电解水反应
属于吸热反应,反应过程中电能转化为化学能,C 正确;
D.电解水可以生成 O2,解决了核心舱中 O2 的来源问题;
制水反应消耗CO2 的同时生成水,解决了 CO2 的清除和
水的循环利用问题,D正确.
2.C
3.C A.合成氨反应为放热反应,降低温度利于平衡向正
反应方向移动,利于提高反应限度 ,A错误;B.合成氨反
应为熵减的放热反应,根据 ΔG=ΔH-TΔS<0,得 ΔH
<0、ΔS<0,反应低温自发进行,B错误;C.该反应是放热
反应,其他条件不变,若反应在恒容绝热体系中发生会导
致体系温度升高,平衡逆向移动,NH3 的平衡产率下降,
C正确;D.恒压条件下,初始充入等物质的量的 N2 和
H2,反应一段时间后,
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
起/mol 1 1 0
转/mol x 3x 2x
平/mol 1-x 1-3x 2x
N2 体积分数=N2 物质的量分数=
1-x
1-x+1-3x+2x
×100%=50%,始终保持不变,N2 体积分数不变
不能说明反应达到平衡状态,D错误.
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1molCH4(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.
46
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,但无法推测在某一温度时的反应快慢,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,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,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.答案为C;
(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.左侧反应物气体计量数之和为3,右侧生成物气体
计量数之和为5,ΔS>0,A 错误;B.由方程形式知,K=
c(CS2)c4(H2)
c(CH4)c2(H2S)
,B错误;C.由题图知,经过步骤Ⅰ后,
H2S中带部分负电荷的 S与催化剂中的 M 之间形成了
作用力,C正确;D.由方程式知,消耗1molH2S同时生
成2molH2,转移4mole-,数目为4×6.02×1023,D错
误;答案选C.
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,答案选B.
假期必刷6 化学反应的调控
1.D A.该反应是气体体积不变的反应,恒容密闭容器中
当控制温度不变时,体系的压强不变,此时不一定达到平
衡,所以不能用体系的压强作为化学平衡状态的标志,故
A错误;B.图像显示250℃时速率比400℃高,其他条件
一定时升高温度速率加快,400 ℃时反应速率比250 ℃
慢,说明400℃时催化剂的活性不是最高,故 B错误;C.
正反应为吸热反应,升温平衡正向移动,X 的转化率增
大,所以400℃时 X的平衡转化率比300℃时高,200℃
时X的平衡转化率比300℃时低,故C错误;D.图像显示
250℃时的速率大,250℃时催化剂的活性最高,所以实
际工业生产中,容器的温度宜控制在250 ℃左右,故 D
正确.
2.B 反应2NO2(g) N2O4(g),△H<0,因此热水烧瓶中
平衡向左移动,瓶内气体颜色加深,气体分子数增多,压强变
大,冰水中的平衡向右移动,瓶内气体颜色变浅,气体分子数
减少,压强变小,所以两烧瓶内的化学平衡都发生了移动,左
边烧瓶内的颜色比右边烧瓶内的颜色浅,分子数少,平均相
对分子质量大,两边只有质量相同;答案选B.
3.D A.催化剂只改变反应速率,不能使平衡发生移动,
A错误;B.升高温度,平衡向吸热方向移动,但不一定是
正向移动,B错误;C.若该生成物为固体,增加其质量,平
衡不移动,C错误;D.有气体参加的可逆反应,减小体积、
增大压强,气体物质的浓度变大,反应速率加快,D正确;
综上所述,答案为 D.
4.B
5.B A.油锅起火,盖上锅盖灭火,是隔绝空气灭火,与化学
反应调控有关,A 项不符合题意;B.生产糖果,加入食用
色素,与化学反应调控无关,B项符合题意;C.鲜牛奶冷
藏,冷链运输,是降低温度,减缓反应速率,与化学反应调
控有关,C项不符合题意;D.工业合成氨,研发新型催化
剂,加 快 反 应 速 率,与 化 学 反 应 调 控 有 关,D 项 不 符 合
题意.
6.A A.反应前后气体体积变小,容器中压强不变可说明
反应达到平衡状态,故 A 正确;B.增大 H2 浓度,正、逆反
应速率均增大,故B错误;C.加热是反应条件,与反应是
吸热反应还是放热反应无必然联系,故C错误;D.反应过
程中正反应速率为:3v(CO2)=v(H2),故 D 错误;答案
选 A.
7.D A.碳原子之间存在碳碳双键的烃为烯烃,即烯烃中
除了C-H 键、碳碳单键外,还有碳碳双键,故CO转变成
烯烃反应不止有碳氢键的形成,还有碳碳单键、碳碳双键
的形成,故 A错误;B.催化剂只能改变反应速率,不能使
平衡移动,催化剂 HZMSG5不可以提高汽油中芳香烃的
平衡产率,故B错误;C.由图可知合成过程中 CO2 除了
转化为汽油外,还有其他的产物生成,其中生成汽油的选
择性是78%,故 C错误;D.生成的烷烃分子中 C原子数
越少,耗氢量越低,当生成C5 的烷烃和水时,起始时 CO2
和 H2 的物质的量之比为5∶16,故当生成 C5 及以上的
烷烃和水,则起始时 CO2 和 H2 的物质的量之比不低于
5∶16,故 D正确;答案选 D.
8.D 温度、容积不变时,通入SO2 气体,SO2 与硫化氢反应
生成S,硫化氢的浓度降低,平衡向正反应方向移动,故①
不符合;NH4HS为固体,改变 NH4HS固体的用量,不影
响平衡移动,故②符合;容积不变,充入氮气,反应气体混
合物各组分的浓度不变,平衡不移动,故③符合;充入氮
气,保持压强不变,体积增大,反应气体混合物各组分的
浓度降低,压强降低,平衡向正反应方向移动,故④不符
合;答案选 D.
9.解析:(1)若在5分钟时反应达到平衡,此时测得 NH3 的
物质的量为02mol,消耗01mol氮气,平衡时氮气的浓
度是0.2mol-0.1mol
2L =005mol
L-1,消耗氢气的物
质的量是 02 mol×15=03 mol,氢 气 的 转 化 率 为:
0.3mol
0.6mol×100%=50%
.
(2)A.加了催化剂加快反应速率,不影响平衡移动,氢气
的转化率不变,A项不符合;B.增大容器体积,压强减小,
平衡向逆反应方向移动,氢气转化率减小,B项不符合;
C.正反应为放热反应,降低反应体系的温度,平衡正向移
动,氢气的转化率增大,C项符合;D.加入一定量 N2,平
衡正向移动,氢气的转化率增大,D项符合;答案选CD.
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