内容正文:
课时精练(八) 化学反应的方向
(本栏目内容,在学生用书中以独立形式分册装订!)
一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)
1.下列说法中正确的是( )
A.能自发进行的反应一定能迅速发生
B.非自发进行的反应一定不可能发生
C.能自发进行的反应实际可能没有发生
D.常温下发生反应2H2O2H2↑+O2↑,说明常温下水的分解反应是自发反应
C [反应的自发性和反应进行的快慢没有必然联系,能自发进行的反应不一定能迅速发生,A错误;非自发进行的反应在一定条件下也可以发生,如水分解生成H2和O2不是自发过程,但是在通电的条件下,该反应可以发生,B错误;反应的自发性是反应能否进行的可能性推断,并不是实际一定能发生,即能自发进行的反应实际可能没有发生,C正确;常温下水的分解反应不能自发进行,2H2O2H2↑+O2↑在常温下能发生是因为外界输入了能量,而自发性是没有外界干扰时体现的性质,D错误。]
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因素
C [多数能自发进行的反应都是放热反应,但不是所有自发进行的反应都是放热反应,如氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是自发进行的吸热反应,所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素,但不是唯一因素,C正确。]
3.下列现象或推论能用焓判据解释或判断的是( )
A.水总是自发地由高处往低处流
B.吸热反应不能自发进行
C.有序排列的火柴散落时成为无序排列
D.多次洗牌以后,扑克牌毫无规律地混乱排列的概率大
A [水在高处时能量高,自发向低处流,能量降低,可以用焓判据(也称能量判据)判断,A项正确;吸热反应能否自发进行需要结合熵判据来判断,B项错误;C、D项符合熵增原理,不能用焓判据解释,错误。]
4.下列关于化学反应的焓变的叙述中,正确的是( )
A.化学反应的焓变与反应的方向性无关
B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C.焓变为正的反应都是吸热反应
D.焓变为正的反应都能自发进行
C [焓变与反应的方向性有关,A项错误;化学反应的焓变不能直接决定化学反应的方向,B项错误;焓变为正的反应,体系内能增大,为吸热反应,C项正确;焓变不是直接判断反应能否自发进行的唯一依据,要结合熵变进行判断,D项错误。]
5.某反应2AB(g)⥫⥬C(g)+3D(g)在高温下能自发进行,其逆反应在低温下能自发进行,则该反应的ΔH、ΔS应为( )
A.ΔH<0,ΔS>0 B.ΔH<0,ΔS<0
C.ΔH>0,ΔS>0 D.ΔH>0,ΔS<0
C [由反应方程式可知ΔS>0,B、D错误;当ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行,当ΔH<0,ΔS>0时,反应在任何温度下都能自发进行,A错误;ΔH>0,ΔS>0,反应在高温下能自发进行,其逆反应在低温下能自发进行,C正确。]
6.已知ΔG=ΔH-TΔS,当ΔG<0时,反应能自发进行,当ΔG>0时,反应不能自发进行。下列说法中正确的是( )
A.非自发反应在任何条件下都不能发生
B.熵增加且放热的反应一定是自发反应
C.自发反应一定是熵增加的反应,非自发反应一定是熵减小或不变的反应
D.凡是放热反应都是能自发进行的反应,而吸热反应都是不能自发进行的反应
B [非自发反应在一定条件下也能发生,如碳酸钙的分解反应在常温下不能自发进行,在高温下就可以自发进行,A错误;熵增加且放热的反应,ΔS>0、ΔH<0,则ΔG=ΔH-TΔS<0,反应一定能自发进行,B正确;反应能否自发进行,由熵变、焓变和反应温度共同决定,所以熵增加、熵减小或熵不变的反应都可能自发进行,同理放热反应或吸热反应都可能自发进行,C、D错误。]
7.反应CH3OH(l) +NH3(g)===CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度时才能自发正向进行,若该反应的ΔH=+17 kJ·mol-1,|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,则下列关系中正确的是( )
A.ΔS>0,ΔH-TΔS<0 B.ΔS<0,ΔH-TΔS>0
C.ΔS>0,ΔH-TΔS>0 D.ΔS<0,ΔH-TΔS<0
A [ΔH=+17 kJ·mol-1>0,ΔS>0,在某温度时能自发正向进行,|ΔH-TΔS|=17 kJ·mol-1,只有ΔH-TΔS=-17 kJ·mol-1<0。]
8.现有反应:2SO3(g)⥫⥬2SO2(g)+O2(g) ΔH>0,下列有关说法不正确的是( )
A.ΔH>0的化学反应可能能正向自发进行
B.该反应熵增大(即ΔS>0)
C.该反应在任何条件下一定能正向自发进行
D.自发过程不一定使体系的熵增大
C [ΔH>0、ΔS>0的化学反应高温时能正向自发进行,A、B项正确;该反应只有在高温条件下才能正向自发进行,C项错误;自发过程也有使体系的熵减小的,D项正确。]
二、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)
9.下列说法正确的是( )
A.在温度、压强一定的条件下,焓变和熵变共同决定一个化学反应的方向
B.温度、压强一定时,熵增加的反应一定能自发进行
C.反应熵变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D.固体的溶解过程与熵变有关
AD [ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,所以在一定温度和压强下,焓变和熵变共同决定化学反应的方向,A项正确,B、C项错误;固体的溶解过程体系的混乱度增大,是熵增过程,D项正确。]
10.下列内容所对应的结论正确的是( )
选项
内容
结论
A
H2O(g)变成H2O(l)
该过程的ΔS>0
B
常温下,硝酸铵固体溶于水可自发进行
该过程的ΔS>0
C
一个反应的ΔH>0,ΔS>0
反应一定不能自发进行
D
H2(g)+F2(g)===2HF(g)的ΔH=-271 kJ·mol-1,ΔS=+8 J·mol-1·K-1
反应在任意温度下都能自发进行
BD [物质由气态变为液态,体系混乱度减小,即ΔS<0,A项不符合题意;硝酸铵固体溶于水是吸热过程,可自发进行,说明ΔS>0,B项符合题意;ΔH>0,ΔS>0,根据复合判据可知,高温时ΔH-TΔS<0,即高温条件下,反应能自发进行,C项不符合题意;由ΔH<0,ΔS>0知,ΔH-TΔS<0,故该反应在任意温度下都能自发进行,D项符合题意。]
11.下列有关说法不正确的是( )
A.C3H6(g)+NH3(g)+O2(g)===C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH= -515 kJ·mol-1和C3H6(g)+O2(g)===C3H4O(g)+H2O(g) ΔH= -353 kJ·mol-1两个反应在热力学上趋势均很大
B.Na与H2O的反应是熵增加的放热反应,该反应能正向自发进行
C.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)在室温下不能正向自发进行,说明该反应的ΔH<0
D.2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)在室温下能正向自发进行,则该反应的ΔH>0
答案: CD
三、非选择题
12.已知在不同温度下,甲烷隔绝空气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,查阅了一些资料,得到如下热力学数据:
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)
已知上述反应的焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答下列问题:
(1)反应①在 (填“高温”或“低温”)下能自发进行。
(2)反应①能否自发进行是由 (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,下列温度最合适的是 (填字母)。
A.905.2 K B.927 K
C.1 273 K D.2 000 K
解析: (1)由于用天然气制取炭黑的反应是吸热的熵增反应,只有在高温下才会有ΔH-TΔS<0,所以反应①在高温下能自发进行。(2)因为反应①吸热,ΔH>0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-1-80.674×10-3 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-1-220.211×10-3 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 K~1 709.4 K之间。
答案: (1)高温 (2)熵变 (3)927.8 K~1 709.4 K (4)C
13.回答下列问题:
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:2CO(g)===2C(s)+O2(g)。已知该反应的ΔH>0,简述该设想能否实现的依据:____________________________
__________________________________________。
(2)下列反应中,在高温下不能正向自发进行的是 (填字母)。
a.CO(g)===C(s)+O2(g)
b.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)
c.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)
d.MgCO3(s)===MgO(s)+CO2(g)
(3)25 ℃和1.01×105 Pa时,反应:2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.76 kJ·mol-1能正向自发进行的原因是________________________________________________。
(4)将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气,化学方程式为C(s)+H2O(g)===H2(g)+CO(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1 ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1。该反应在低温下能否自发进行? (填“能”或“不能”)。
解析: (1)该反应ΔH>0、ΔS<0,根据ΔH-TΔS>0,故不能实现该反应。(2)a、b、c、d的ΔH>0,b、c、d的ΔS>0,ΔH-TΔS<0时,反应才能
正向自发进行,所以在高温下反应才能正向自发进行。a项ΔS<0,ΔH-TΔS>0,所以在高温下该反应不能正向自发进行。(3)该反应能正向自发进行,说明ΔH-TΔS<0,而该反应的ΔH>0、ΔS>0,故ΔS对反应方向起决定作用。(4)根据ΔH-TΔS<0为自发反应知,现ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1,ΔH-TΔS<0,解得在T>≈982.0 K时该反应能自发进行,由此可知该反应在低温下不能自发进行。
答案: (1)该反应是ΔH>0、ΔS<0的反应,任何温度下均不能正向自发进行 (2)a (3)该反应是熵增反应,且常温下熵变ΔS对反应的方向起决定作用 (4)不能
14.向锥形瓶中加入约20 g NH4Cl晶体,在一小木块上洒少量水,将锥形瓶放在木块上,再向其中加入约40 g Ba(OH)2·8H2O,如图所示。用玻璃棒将固体充分混合均匀,静置。
回答下列各问题:
(1)拿起木块时发现 ,证明该反应的ΔH (填“>”或“<”)0。
(2)写出反应的化学方程式:_______________________________,该反应中有 生成,可证明ΔS (填“>”或“<”)0。
(3)下列变化过程与该实验中的焓变和熵变相同的是 (填字母)。
A.NH4NO3溶于水
B.CaCO3的分解反应
C.NaOH 溶于水
D.甲烷的燃烧
解析: (3)该实验中反应方程式的特点为ΔH>0,ΔS>0,因此A、B项符合,C、D项中反应的ΔH<0。
答案: (1)锥形瓶“粘”在木块上 >
(2)2NH4Cl+Ba(OH)2·8H2O===BaCl2+2NH3↑+10H2O 气体 > (3)AB
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