第四节 化学反应实行的方向

A组

1.很多反应在特定条件下都能自发实行。下列过程中不能自发实行的是( )

A.自由落体

B.热量由低温物体向高温物体传递

C.汽油挥发

D.气体从高密度处向低密度处扩散

解析：自然界中,自由落体、热量由高温物体向低温物体传递、汽油挥发、气体从高密度处向低密度处扩散都是自发过程,其逆过程都是非自发的。

答案：B

2.实验证明,多数能自发实行的反应都是放热反应。对此说法的理解准确的是( )

A.所有的放热反应都是自发实行的

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

解析：多数能自发实行的反应都是放热反应,并不是所有自发实行的反应都是放热反应,既然说“多数”,必定存有特例,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”。

答案：C

3.分析下列反应在任何温度下均能自发实行的是( )

A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g) ΔH=+163 kJ·mol-1

B.Ag(s)+Cl2(g)AgCl(s) ΔH=-127 kJ·mol-1

C.HgO(s)Hg(l)+O2(g) ΔH=+91 kJ·mol-1

D.H2O2(l)O2(g)+H2O(l) ΔH=-98 kJ·mol-1

解析：对于A项,ΔH>0,ΔS<0,ΔH-TΔS>0,即任何温度下,反应都不能自发实行;对于B项,ΔH<0,ΔS<0,在较低温度下,ΔH-TΔS<0,即反应温度不能过高;对于C项,ΔH>0,ΔS>0,若使反应自发实行,即ΔH-TΔS<0,必须升高温度,即反应只有在较高温度时能自发实行;对于D项,ΔH<0,ΔS>0,在任何温度下,ΔH-TΔS<0,即在任何温度下反应均能自发实行。

答案：D

4.能用能量判据判断下列过程方向的是( )

A.水总是自发地由高处往低处流

B.放热反应容易自发实行,吸热反应不能自发实行

C.有序排列的火柴散落时成为无序排列

D.多次洗牌以后,扑克牌毫无规律的混乱排列的几率大

解析：水总是自发地由高处往低处流,有趋向于最低能量状态的倾向;吸热反应也能够自发实行,例如,在25 ℃和1.01×105 Pa时,(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ·mol-1,不难看出,上述反应是吸热反应,又是熵增的反应,显然只根据焓变来判断反应实行的方向是不全面的;有序排列的火柴散落时成为无序排列,有趋向于最大混乱度的倾向,属于熵判据;扑克牌的无序排列也属于熵判据。

答案：A

5.(双选)下列变化中,ΔS<0的是( )

A.-10 ℃液态水结冰

B.NH3(g)与HCl(g)反应生成NH4Cl(s)

C.干冰(CO2)的升华

D.CaCO3(s)分解为CaO(s)和CO2(g)

解析：气体液化、液体凝固是体系混乱度减小的过程,故A项ΔS<0;B项中两种气体反应转化为固体,体系ΔS<0;固体溶解、气体扩散和固体熔化、升华均为体系混乱度增加的过程,故C项ΔS>0;D项中CaCO3固体分解有气体生成为熵增过程,ΔS>0。

答案：AB

6.如下图所示,在图(1)中A、B两容器里分别收集着两种互不作用的理想气体。压强不变,若将中间活塞打开如图(2)],两种气体分子立即都占满了两个容器。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不准确的是( )

理想气体的自发混合

A.此过程是从混乱度小的向混乱度大的变化过程,即熵增加的过程

B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出

C.此过程从有序到无序,混乱度增大

D.只有在一定温度下,此过程是自发实行的

解析：两种互不作用的理想气体的等压混合,是一个不伴随能量变化的过程,但是一个熵增加的过程,所以在任何温度下都是自发的过程。

答案：D

7.25 ℃、101 kPa条件下,反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) ΔH=56.7 kJ·mol-1能自发实行的原因是( )

A.吸热反应

B.放热反应

C.熵减小的反应

D.熵增加效应大于热效应

解析：反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) ΔH=56.7 kJ·mol-1,焓变大于0,但从熵增加看该反应自发实行,原因是熵增加效应大于热效应。D项准确。

答案：D

8.某反应：AB+C在室温下不能自发实行,在高温下能自发实行,对该反应过程ΔH、ΔS的判断准确的是( )

A.ΔH<0、ΔS<0 B.ΔH>0、ΔS<0

C.ΔH<0、ΔS>0 D.ΔH>0、ΔS>0

解析：由题意知,该反应在室温下不能自发反应,根据复合判据,即ΔH-T低ΔS>0(1),而高温下能自发实行,即ΔH-T高ΔS<0(2),综合(1)(2)可确定ΔH>0,ΔS>0。

答案：D

9.判断下列反应的熵值的变化,在每小题后面的横线上填上“增加”“减小”或“无明显变化”。

(1)2H2(g)+O2(g)2H2O(l) 。 

(2)H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) 。 

(3)(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g) 。 

(4)Cu(s)+Cl2(g)CuCl2(s) 。 

(5)将少量KNO3晶体溶解在水中 。 

解析：判断熵值变化的依据是同温同压下,气态熵值>液态熵值>固态熵值,状态都是气态时,看物质的量的多少,物质的量越多,熵值越大。故(1)减小,(2)无明显变化,(3)增加,(4)减小。(5)KNO3溶于水时KNO3K++N,自由移动离子数目增多,所以熵值增加。

答案：(1)减小 (2)无明显变化 (3)增加 (4)减小 (5)增加

10.有A、B、C、D 4个反应：

则在任何温度都能自发实行的反应是 ;任何温度都不能自发实行的反应是 ;另两个反应中,在温度高于 时可自发实行的反应是 ,在温度低于 时可自发实行的反应是 。 

解析：将表中数据代入公式ΔG=ΔH-TΔS;当ΔG<0时,反应可自发实行,当ΔG>0时,反应不可自发实行。

答案：C B 77 ℃ A -161.6 ℃ D

B组

1.下列说法准确的是( )

A.若某自发反应的ΔS>0,则该反应一定有ΔH<0

B.NH4HCO3(s)NH3 (g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57 kJ·mol-1,能自发实行,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相关,所以焓变或熵变均能够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,能够改变化学反应实行的方向

解析：自发反应必有ΔH-TΔS<0,当ΔS>0时,ΔH<0或ΔH>0都可能,A选项错;吸热的自发反应一定是熵增大的,B选项准确;应将焓变和熵变综合起来即利用复合判据实行判断,C选项错;使用催化剂只能降低反应的活化能,加快化学反应速率,但不能改变反应的方向,D选项错。

答案：B

2.下列关于化学反应的自发性叙述中准确的是( )

A.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的

B.焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的

C.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的

D.熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的

解析：ΔH<0,ΔS>0的反应一定能自发实行;ΔH>0,ΔS<0的反应一定不能自发实行;ΔH>0,ΔS>0的反应,高温下能自发实行,低温下不能自发实行;ΔH<0,ΔS<0的反应,低温下能自发实行,高温下不能自发实行。

答案：A

3.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,反应原理：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)。在298 K、101 kPa下,ΔH=-113 kJ·mol-1、ΔS=-145 J·mol-1·K-1。下列说法中错误的是( )

A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

B.该反应常温下不能自发实行,所以需要高温和催化剂

C.该反应常温下能自发实行,高温和催化剂仅仅加快反应的速率

D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒

解析：该反应是放热反应,反应物总能量高于生成物的总能量,A项准确;常温下,ΔH-TΔS=-113 kJ·mol-1-298 K×(-145 J·mol-1·K-1)×10-3kJ·J-1<0,故常温下该反应可自发实行,高温和催化剂仅仅加快反应速率,B项错误,C项准确;CO和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒,D项准确。

答案：B

4.已知：若一个可逆反应的正反应为自发过程,则其逆反应为非自发过程,反之亦然。

(1)已知2CO(g)CO2(g)+C(s),T=980 K时ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K时,估计ΔH-TΔS 0(填“大于”“小于”或“等于”,下同);当体系温度高于980 K时,估计ΔH-TΔS 0。 

(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)SiF4(g)+2H2O(g) ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ·mol-1,ΔS(298.15 K)=-75.8 J·mol-1·K-1。设ΔH和ΔS不随温度而变化,则此反应自发实行的温度是 。 

解析：(1)C(s)+CO2(g)2CO(g)为吸热反应,ΔH>0,则2CO(g)CO2(g)+C(s)为放热反应,ΔH<0。又该反应ΔS<0,则当T<980 K时,ΔH-TΔS<0;T>980 K时,ΔH-TΔS>0。(2)由题给信息,要使反应能自发实行,需有ΔH-TΔS<0,即-94.0 kJ·mol-1-T×(-75.8 J·mol-1·K-1)×10-3 kJ·J-1<0,则T<=1.24×103 K。

答案：(1)小于 大于 (2)小于1 240 K

5.氨的工业合成工艺的成熟推动了人类文明的进步,很多科技工作者为了寻找廉价的氨的制备方法,实行了前赴后继的探索性工作。请回答下列问题：

用氢气和氮气合成氨是一个可逆反应,化学方程式如下：N2+3H22NH3。已知,在常温下,1 g H2完全转化为NH3,放出的热量为15.4 kJ。

(1)请写出该反应的热化学方程式 。 

(2)如果一个反应的ΔH-TΔS<0,则该反应能够自发实行。已知该反应的ΔS=-198.2 J·mol-1·K-1。请判断上述氨气的合成反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发实行。 

解析：ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol-1-298 K×(-0.198 2 kJ·mol-1·K-1)<0,所以能够自发实行。

答案：(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1

(2)能