第1节 化学反应的方向（专项训练） 化学鲁科版2019选择性必修1

第1节 化学反应的方向 · 题组01 自发反应 · 题组02 反应焓变与反应方向 · 题组03 反应熵变与反应方向 · 题组04 用焓变与熵变综合判断反应方向 题型01 自发反应 1. 含义：在给定的条件(通常指 、 )下，无需外界帮助，一经引发即能 的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。 2. 非自发反应：不能自发进行，必须 才能进行的反应。 【典例1】下列有关化学反应自发性的说法中正确的是(　　) A．放热反应一定是自发进行的反应 B．化学反应的熵变与反应的方向无关 C．反应的自发性要综合考虑焓变和熵变两种因素 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 【变式1-1】下列过程属非自发的是 A．水由高处向低处流 B．室温下水结成冰 C．气体从高密度处向低密度处扩散 D．煤气的燃烧 【变式1-2】下列不属于自发进行的变化是 A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【变式1-3】下列过程是非自发的是 A．加热铁棒一端，热量传向另一端 B．使铁棒上的铁锈转化成单质铁 C．气体从高密度处向低密度处扩散 D．煤气的燃烧 题型02 反应焓变与反应方向 观察下列四个自发反应 ①钠与水反应：2Na(s)+2H2O(l)===2NaOH(aq)+H2(g)　ΔH=-368 kJ·mol-1 ②铁生锈：2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH=-824 kJ·mol-1 ③氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1 ④2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)===2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)　ΔH=+37.3 kJ·mol-1 分析上述自发反应，得出的结论：　　　 　　　　。  【典例2】能用焓判据判断下列过程方向的是（　　） A．湿的衣服经过晾晒变干 B．硝酸铵溶于水 C．100℃时的水蒸气凝结成水 D．25℃、101 kPa时2N2O5（g）===4NO2（g）+O2（g）ΔH=+56.7 kJ·mol-1能自发进行 【变式2-1】氢气可用于制备H2O2.已知：①H2(g)＋A(l)=B(l)　ΔH1；②O2(g)＋B(l)=A(l)＋H2O2(l)　ΔH2，其中A、B均为有机物，两个反应均为自发反应，则反应H2(g)＋O2(g)=H2O2(l)的ΔH A．大于0 B．小于0 C．等于0 D．无法判断 【变式2-2】下列自发反应可用焓判据来解释的是 A．氢氧化钡和氯化铵的反应 B．2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) ∆H=+56.7 kJ/mol C．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) ∆H=+74.9 kJ/mol D．2H2(g)+O2(g)=H2O(l) ∆H=-285.8 kJ/mol 【变式2-3】下列反应可用焓判据来解释的是 A．氯化钠溶于水 B． C． D． 题型03 反应熵变与反应方向 1.熵、熵变的概念 2.影响熵值大小的因素 (1)纯物质熵值的大小与物质的 、 、 以及 、 等因素有关。 (2)同一物质的熵值：S(g) S(l) S(s)，在同一条件下，不同物质的熵不同。 (3)相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越 。 3.熵变正负判断依据 (1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS 0，是熵 的过程。 (2)气体体积增大的反应，通常ΔS 0，是熵 的反应。 (3)气体体积减小的反应，通常ΔS 0，是熵 的反应。 4.反应熵变与化学反应方向 熵 有利于反应的自发进行，有些熵 的反应在一定条件下也能自发进行。不能只根据熵变来判断反应能否自发进行。 【典例3】下列说法正确的是 A．有气体生成的反应一定是熵值增加的反应 B．化合反应一定是熵值减小的反应 C．熵值增加的吸热反应在任何温度下都能自发进行 D．熵值增加的放热反应在任何温度下都能自发进行 【变式3-1】下列变化的熵变大于零的是 A．2H2O2(l)=2H2O(l)＋O2(g) B．CO2(g)→CO2(s) C．NaOH(aq)＋HCl(aq)=NaCl(aq)＋H2O(l) D．NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s) 【变式3-2】在下面的自发过程中，你认为其中能用熵判据解释的是 A．水由高处流向低处 B．2H2(g)+O2(g)＝2H2O(l) ΔH=－483.6 kJ/mol C．墨水滴在水中会扩散到整个水体 D．－10℃的液态水自动结冰成为固态 【变式3-3】试判断下列体系的熵变是大于0，还是小于0。 (1)水蒸气冷凝成水 ； (2)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ； (3)乙烯聚合成聚乙烯 (4)N2O4(g)=2NO2(g) 题型04 用焓变与熵变综合判断反应方向 1.自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。 2.在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔG= (ΔG为反应的吉布斯自由能变)。 ΔG 0，反应正向能自发进行；ΔG 0，反应 ；ΔG 0，反应正向不能自发进行。 【温馨提醒】ΔH-TΔS<0，只能说明反应有发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这是因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题。 【典例4】下列对化学反应的预测正确的是 选项 化学方程式 已知条件 预测 A 它一定是非自发反应 B 能自发反应 一定小于0 C ，能自发反应 a可能等于1或3 D 常温下，能自发反应 A．A B．B C．C D．D 【变式4-1】已知，H2O2分解成H2O和O2，其中ΔH=-196.1 kJ· mol-1，ΔS=125.8 J·mol-1·K-1，据此，下列说法正确的是 A．该反应在常温下不能自发 B．该反应在常温下能自发 C．该反应反应前后熵值减小 D．该反应反应物的总能量低于生成物的总能量 【变式4-2】常用的SO2去除法是钙基固硫。已知：298K、101kPa时，反应CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s)的∆H=-402.0kJ·mol-1，∆H-T∆S=-345.7kJ·mol-1，若此反应中∆H和∆S不随温度变化而变化，则保持此反应自发进行的温度低于 A．2.127K B．2127K C．1854K D．185.4K 【变式4-3】下列判断正确的是 A．一定温度下，反应能自发进行，该反应的 B．反应常温下可自发进行，该反应为吸热反应 C．反应的， D．在常温下能自发进行，则该反应的 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第1节 化学反应的方向 · 题组01 自发反应 · 题组02 反应焓变与反应方向 · 题组03 反应熵变与反应方向 · 题组04 用焓变与熵变综合判断反应方向 题型01 自发反应 1. 含义：在给定的条件(通常指温度、压强)下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。 2. 非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 【典例1】下列有关化学反应自发性的说法中正确的是(　　) A．放热反应一定是自发进行的反应 B．化学反应的熵变与反应的方向无关 C．反应的自发性要综合考虑焓变和熵变两种因素 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】C 【详解】化学反应的自发性判断依据是吉布斯自由能判据△G=△H-T△S，其中△H表示化学反应的焓变，T表示体系的温度，△S表示化学反应的熵变（对于有气体参与且气态物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值），△S=生成物总熵-反应物总熵。若△G<0，则反应能自发，若△G>0，则反应不能自发，若△G=0，则反应达到平衡状态。 A.放热反应不一定都能自发进行，放热反应的△H<0，若△S>0，该反应在高温条件下不一定能自发进行，故A错误； B.熵变与化学反应的方向有关，若反应方向相反，则熵变数据不同，故B错误； C.由上述分析可知，一个反应能否自发进行，需根据熵变和焓变进行综合判断，故C正确； D.自发过程的含义是：在一定条件下不需要借助外力作用就能自发进行的过程。有时需要提供起始条件，如燃烧反应等，故D错误，答案选C。 【变式1-1】下列过程属非自发的是 A．水由高处向低处流 B．室温下水结成冰 C．气体从高密度处向低密度处扩散 D．煤气的燃烧 【答案】B 【详解】A． 自然界中水由高处向低处流是自发过程，故A不符合； B． 室温下冰的融化是自发过程，其逆向室温下水结成冰是非自发的，故B符合； C． 气体从高密度处向低密度处扩散是自发过程，故C不符合； D． 煤气的燃烧是自发过程，故D不符合； 故选B。 【变式1-2】下列不属于自发进行的变化是 A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【答案】C 【详解】A．扩散现象，是熵增加的自发过程，A不符合题意； B．冰的熔点为0℃，水常温是液体，冰在室温下融化成水，是熵增加的自发过程，B不符合题意； C．电解饱和食盐水，是在外电场的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发过程，C符合题意； D．铁在潮湿的空气中生锈是发生了自发的氧化还原反应，属于电化学腐蚀，是自发进行的化学过程，D不符合题意； 综上所述答案为C。 【变式1-3】下列过程是非自发的是 A．加热铁棒一端，热量传向另一端 B．使铁棒上的铁锈转化成单质铁 C．气体从高密度处向低密度处扩散 D．煤气的燃烧 【答案】B 【详解】根据自发过程的定义来进行判断。热量从高温处传向低温处、金属的腐蚀、气体从高密度处向低密度处扩散、煤气的燃烧都是自发的，其逆向过程都是非自发的，答案选B。 题型02 反应焓变与反应方向 观察下列四个自发反应 ①钠与水反应：2Na(s)+2H2O(l)===2NaOH(aq)+H2(g)　ΔH=-368 kJ·mol-1 ②铁生锈：2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH=-824 kJ·mol-1 ③氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1 ④2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)===2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)　ΔH=+37.3 kJ·mol-1 分析上述自发反应，得出的结论：多数放热反应(ΔH<0)能自发进行，有些吸热反应(ΔH>0)也能自发进行。  【典例2】能用焓判据判断下列过程方向的是（　　） A．湿的衣服经过晾晒变干 B．硝酸铵溶于水 C．100℃时的水蒸气凝结成水 D．25℃、101 kPa时2N2O5（g）===4NO2（g）+O2（g）ΔH=+56.7 kJ·mol-1能自发进行 【答案】C 【分析】变化能否自发进行，取决于焓变和熵变的综合判据，当△H﹣T△S＜0时，反应可自发进行。 【详解】A．湿的衣服经过晾晒变干，该过程是一个吸收热量，熵值增加的过程，不能够用焓判据解释，故A错误； B．硝酸铵自发地溶于水，是熵增大的过程，与焓判据无关，不能用焓判据解释，故B错误； C．100℃时的水蒸气凝结成水，该过程熵值减小，放出热量，能够自发进行，可以用焓判据解释，故C正确； D．25℃、101kPa时2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）△H=+56.76kJ/mol，该反应为吸收热量，熵值增加的反应，不能用焓判据解释，故D错误； 故选C。 【变式2-1】氢气可用于制备H2O2.已知：①H2(g)＋A(l)=B(l)　ΔH1；②O2(g)＋B(l)=A(l)＋H2O2(l)　ΔH2，其中A、B均为有机物，两个反应均为自发反应，则反应H2(g)＋O2(g)=H2O2(l)的ΔH A．大于0 B．小于0 C．等于0 D．无法判断 【答案】B 【详解】反应H2(g)＋A(l)=B(l)和O2(g)＋B(l)=A(l)＋H2O2(l)均为熵减反应，即ΔS<0，两反应均为自发反应，根据ΔH-TΔS<0可知，这两个反应均为放热反应，则有ΔH1<0，ΔH2<0。根据盖斯定律，由①＋②可得：H2(g)＋O2(g)=H2O2(l)　ΔH，则有ΔH=ΔH1＋ΔH2<0； 故选B。 【变式2-2】下列自发反应可用焓判据来解释的是 A．氢氧化钡和氯化铵的反应 B．2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) ∆H=+56.7 kJ/mol C．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g) ∆H=+74.9 kJ/mol D．2H2(g)+O2(g)=H2O(l) ∆H=-285.8 kJ/mol 【答案】D 【详解】A．氢氧化钡和氯化铵的反应是吸热反应，反应能够自发进行是因为其熵值增加，主要是熵判据，故A错误； B．2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△H=+56.7 kJ/mol，反应焓变大于0，为吸热反应，该反应的熵值增加，反应能够自发进行是因为其熵值增加，主要是熵判据，故B错误； C．(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)△H=+74.9 kJ/mol，反应为吸热反应，该反应的熵值增加，反应能够自发进行是因为其熵值增加，主要是熵判据，故C错误； D．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-285.8 kJ/mol，该反应熵值减小，反应为放热反应，反应能够自发进行是因为其焓变＜0，主要是焓判据，故D正确； 故选D。 【变式2-3】下列反应可用焓判据来解释的是 A．氯化钠溶于水 B． C． D． 【答案】D 【分析】焓判据说明多数能自发进行的化学反应为放热反应. 【详解】A．氯化钠溶解过程的焓变微乎其微，显然不能用焓判据来解释，故A不符合题意； B．是吸热反应，不能用焓判据来解释，故B不符合题意； C．是吸热反应，不能用焓判据来解释，故B不符合题意； D．是放热反应，能用焓判据来解释，故D符合题意； 综上所述，答案为D。 题型03 反应熵变与反应方向 1.熵、熵变的概念 2.影响熵值大小的因素 (1)纯物质熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。 (2)同一物质的熵值：S(g)>S(l)>S(s)，在同一条件下，不同物质的熵不同。 (3)相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。 3.熵变正负判断依据 (1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS>0，是熵增加的过程。 (2)气体体积增大的反应，通常ΔS>0，是熵增加的反应。 (3)气体体积减小的反应，通常ΔS<0，是熵减小的反应。 4.反应熵变与化学反应方向 熵增加有利于反应的自发进行，有些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。不能只根据熵变来判断反应能否自发进行。 【典例3】下列说法正确的是 A．有气体生成的反应一定是熵值增加的反应 B．化合反应一定是熵值减小的反应 C．熵值增加的吸热反应在任何温度下都能自发进行 D．熵值增加的放热反应在任何温度下都能自发进行 【答案】D 【详解】A．如果反应物中气体分子总数大于反应产物中气体分子总数，则该反应是熵值减小的反应，如合成氨反应，A错误； B．有些化合反应的熵值增大，如，B错误； C．熵值增加的吸热反应在一定温度下才能自发进行，如的分解反应，C错误； D．熵值增加的放热反应在任何温度下都能自发进行，D正确； 故答案为：D 【变式3-1】下列变化的熵变大于零的是 A．2H2O2(l)=2H2O(l)＋O2(g) B．CO2(g)→CO2(s) C．NaOH(aq)＋HCl(aq)=NaCl(aq)＋H2O(l) D．NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s) 【答案】A 【详解】A．2H2O2(l)=2H2O(l)＋O2(g)，液体的熵值小于气体，所以熵变大于零，A正确； B．CO2(g)→CO2(s)，气体的熵值大于固体，所以熵变小于零，B错误； C．NaOH(aq)＋HCl(aq)=NaCl(aq)＋H2O(l)，溶液的熵值大于液体的熵值，所以熵变小于零，C错误； D．NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)，气态NH3和HCl的熵值大于固体NH4Cl的熵值，所以熵变小于零，D错误； 故选A。 【变式3-2】在下面的自发过程中，你认为其中能用熵判据解释的是 A．水由高处流向低处 B．2H2(g)+O2(g)＝2H2O(l) ΔH=－483.6 kJ/mol C．墨水滴在水中会扩散到整个水体 D．－10℃的液态水自动结冰成为固态 【答案】C 【详解】熵表示物质的混乱度，在相同条件下，同一种物质在气态时熵值最大，液态其次，固态时熵值最小，所以选项C可以用熵判据解释。而选项A、B、D都应该用焓变来解释，即都是能量减少的过程，所以答案选C。 【变式3-3】试判断下列体系的熵变是大于0，还是小于0。 (1)水蒸气冷凝成水 ； (2)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ； (3)乙烯聚合成聚乙烯 (4)N2O4(g)=2NO2(g) 【答案】 ΔS＜0 ΔS＞0 ΔS＜0 ΔS＞0 【详解】(1)同一物质的熵与其聚集状态有关：S(g)＞S(1)＞S(s)，所以水蒸气冷凝成水，熵值减小，即ΔS＜0； (2)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)反应过程中生成气体，熵值增加，即ΔS＞0 ； (3)乙烯聚合成聚乙稀，有气体反应生成固体，熵值减小，即ΔS＜0； (4)N2O4(g)=2NO2(g)正反应为气体体积增大的反应，熵值增加，即ΔS＞0。 题型04 用焓变与熵变综合判断反应方向 1.自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。 2.在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔG=ΔH-TΔS(ΔG为反应的吉布斯自由能变)。 ΔG<0，反应正向能自发进行；ΔG=0，反应达到平衡状态；ΔG>0，反应正向不能自发进行。 【温馨提醒】ΔH-TΔS<0，只能说明反应有发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这是因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题。 【典例4】下列对化学反应的预测正确的是 选项 化学方程式 已知条件 预测 A 它一定是非自发反应 B 能自发反应 一定小于0 C ，能自发反应 a可能等于1或3 D 常温下，能自发反应 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．为气体系数增大的反应，，，所以在高温条件下能自发进行，A错误。 B．为气体系数增大的反应，，所以当时，一定满足，反应一定能够自发进行，当时，高温下，成立，也可以自发进行，B错误。 C．时，若a=1，则，任意温度自发进行；若a=3，则，低温自发进行，C正确； D．为气体系数减小的反应，，若，则，一定不能自发进行，D错误。 故选C。 【变式4-1】已知，H2O2分解成H2O和O2，其中ΔH=-196.1 kJ· mol-1，ΔS=125.8 J·mol-1·K-1，据此，下列说法正确的是 A．该反应在常温下不能自发 B．该反应在常温下能自发 C．该反应反应前后熵值减小 D．该反应反应物的总能量低于生成物的总能量 【答案】B 【分析】该反应的化学方程式为：，据此分析解答。 【详解】A．根据，判断反应自发性，常温（298 K）下，H=-196.1 kJ/mol，S=0.1258kJ/(mol۰K)，代入得G-196.1-298×0.1258-233.6 kJ/mol ＜0，反应自发，A错误； B．G＜0，该反应在常温下能自发，B正确； C. 根据方程式，分解生成O2气体，系统混乱度增大，，C错误； D. 为放热反应，反应物总能量高于生成物，D错误； 故选B。 【变式4-2】常用的SO2去除法是钙基固硫。已知：298K、101kPa时，反应CaO(s)+SO2(g)=CaSO3(s)的∆H=-402.0kJ·mol-1，∆H-T∆S=-345.7kJ·mol-1，若此反应中∆H和∆S不随温度变化而变化，则保持此反应自发进行的温度低于 A．2.127K B．2127K C．1854K D．185.4K 【答案】B 【详解】根据吉布斯自由能公式，当时反应自发。已知，。代入公式：。反应自发需满足，即：。因此，温度需低于。 故选B。 【变式4-3】下列判断正确的是 A．一定温度下，反应能自发进行，该反应的 B．反应常温下可自发进行，该反应为吸热反应 C．反应的， D．在常温下能自发进行，则该反应的 【答案】A 【分析】∆G=∆H-T∆S＜0的反应能自发进行。 【详解】A．该反应的∆S＜0，该反应能自发进行，即∆G=∆H-T∆S＜0，因此∆H＜0， A正确； B．该反应的∆S＜0，常温下可以自发进行，即∆G=∆H-T∆S＜0，因此∆H＜0，为放热反应，B错误； C．该反应为气体体积减小的反应，故∆S＜0，C错误； D．该反应的∆S＜0，常温下可以自发进行，即∆G=∆H-T∆S＜0，因此∆H＜0，D错误； 故选A。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$