人教版选修4第二章第四节化学反应进行的方向Word文件下载.docx
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(1)可被用来完成有用功。
如H2燃烧可设计成原电池
(2)非自发过程要想发生,必须对它做功。
如通电将水分解为H2和O2
2.自发过程的特点
(1)体系趋向于从高能状态转变为低能状态。
(2)体系趋向于从有序体系转变为无序体系。
1.下列过程是非自发的是( )
A.水由高处向低处流 B.天然气的燃烧
C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰
解析:
选D 自然界中水由高处向低处流,天然气的燃烧,铁在潮湿空气中的生锈,室温下冰的融化,都是自发过程,其逆向都是非自发的。
2.过程的自发性的作用是( )
A.判断过程的方向B.判断过程的限度
C.判断过程发生的速率D.判断过程的热效应
选A 大量事实告诉我们,过程的自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率,故选A项。
1.焓判据
焓判据
放热反应过程中体系能量降低,具有自发进行的倾向
焓变与反
应自发性
的关系
若该反应为放热反应,即ΔH<0,一般能自发进行;
若该反应为吸热反应,即ΔH>0,一般不能自发进行
局限性
有些吸热反应也能自发进行,所以焓变是与反应进行的方向有关的因素之一,但不是决定反应能否自发进行的惟一因素
[特别提醒] 有些吸热反应也能自发进行,如2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH>0,能自发进行。
2.熵判据
(1)熵:
科学家用来量度体系混乱程度的物理量,用S表示。
(2)熵变:
ΔS=S(生成物)-S(反应物)
(3)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增大,即熵变大于零。
(4)熵判据:
体系有自发地向熵增的方向转变的倾向,熵变是影响反应自发进行的一个因素,但不是惟一因素。
(5)熵变对化学反应方向的影响。
①熵增加的反应在一定条件下都可自发进行。
如2H2O2(aq)===2H2O(l)+O2(g)在常温下能自发进行。
②有些熵减小的反应也能自发进行。
如NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)。
3.复合判据
ΔG=ΔH-TΔS<0反应能自发进行;
ΔG=ΔH-TΔS=0反应达到平衡状态;
ΔG=ΔH-TΔS>0反应不能自发进行。
温度与反应方向关系:
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)体系有序性越高,熵值就越大( )
(2)在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大( )
(3)吸热反应不可以自发进行( )
(4)同种物质气态时熵值最大( )
(5)过程自发性不仅能用于判断过程的方向,还能确定过程发生的速率( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)×
(4)√ (5)×
2.某反应2AB(g)C(g)+3D(g)在高温时能自发进行,其逆反应在低温下能自发进行,则该反应的正反应的ΔH、ΔS应为( )
A.ΔH<0,ΔS>0 B.ΔH<0,ΔS<0
C.ΔH>0,ΔS>0D.ΔH>0,ΔS<0
选C 根据ΔG=ΔH-TΔS<0才能自发进行,2AB(g)C(g)+3D(g)在高温时能自发进行,故ΔH>0,ΔS>0,故C正确。
[三级训练·
节节过关]
1.下列说法不正确的是( )
A.体系有序性越高,熵值就越低
B.自发过程的熵变不一定大于0
C.吸热反应不可以自发进行
D.同种物质气态时熵值最大
选C 体系有序性越高,熵值就越低,同种物质气态时熵值最大,A、D正确;
大多数熵增大的反应能自发进行,但有的熵减小的反应也能自发进行,B正确,C错误。
2.能用焓判据判断下列过程的方向的是( )
A.水总是自发地由高处往低处流
B.放热反应容易自发进行,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,扑克牌的毫无规律的混乱排列的概率大
选A A项,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。
B项,由ΔH-TΔS<0能自发进行可知当ΔH>0时,高温下,混乱度增大的反应,也可能自发进行。
C项,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。
D项,扑克牌的无序排列也属于熵判据。
3.实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。
目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。
一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·
mol-1)的变化。
关于该反应的下列说法中,正确的是( )
A.ΔH>
0 B.ΔH>
C.ΔH<
0D.ΔH<
选C 根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量,反应放热,ΔH<
该反应发生后气体的物质的量减小,ΔS<
4.指出下列反应或过程的ΔS的正、负号,并判断常温时,反应能否自发进行。
(1)2H2O2(aq)===2H2O(l)+O2(g),ΔS______0,______自发进行。
(2)C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g),ΔS________0,________自发进行。
(3)-10℃的水结冰,ΔS________0,________自发进行。
(1)反应为ΔS>
0的反应,能自发进行;
(2)反应的ΔS>
0,但常温下不能自发进行,高温时能自发进行;
(3)过程ΔS<
0,但却能自发进行。
(1)>
能
(2)>
不能 (3)<
能
1.常温下,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.NaHCO3转化为Na2CO3
D.铁器在潮湿的空气中生锈
选C A项,红墨水加到清水使整杯水变红属于自发进行的变化,错误;
B项,冰在室温下融化成水属于熵值增加的变化,是自发进行的,错误;
C项,NaHCO3转化为Na2CO3需要加热条件,不属于自发进行的变化,正确;
D项,铁器在潮湿的空气中生锈是自发进行的变化,错误。
2.下列关于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.焓变为正值的反应都是吸热反应
D.焓变为正值的反应都能自发进行
选C ΔH>0,说明反应为吸热反应,C正确;
焓判据只是判断反应方向的一个依据,所以A、B说法不正确。
3.在一定温度下,能够用于判断一个反应是不是自发过程的依据是( )
A.只与焓变有关 B.只与熵变有关
C.由焓变和熵变共同决定D.与焓变、熵变皆无关
选C 利用焓判据和熵判据来判断一个反应是否能够自发进行,即ΔH<
0的反应一定能自发进行。
4.下列说法不正确的是( )
A.ΔH>0、ΔS>0的反应在任何温度下都不能自发进行
B.反应NH4HCO3(s)===NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57kJ·
mol-1之所以能自发进行,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有关,因此焓变或熵变均不能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,可以改变化学反应的速率
选A A项,ΔG=ΔH-TΔS<0反应自发,则ΔH>0、ΔS>0的反应在高温下可自发进行,错误;
B项,反应的ΔH>0,能自发进行,说明该反应有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向,正确;
C项,根据ΔG=ΔH-TΔS<0反应自发,因此焓变或熵变均不能单独作为反应自发性的判据,正确;
D项,在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂,可以改变活化分子的百分数,从而加快化学反应进行的速率,正确。
5.下列反应过程中,ΔH>
0且ΔS>
0的是( )
A.NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)
B.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)
C.4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s)
D.HCl(aq)+NaOH(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)
选B A是熵减的放热反应;
C是熵减的放热反应;
D是放热反应。
6.下列反应均为吸热反应,其中一定不能自发进行的是( )
A.2CO(g)===2C(s)+O2(g)
B.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)
C.MgCO3(s)===MgO(s)+CO2(g)
D.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)
选A B、C、D反应的ΔS>0,在加热条件下,可满足ΔH-TΔS<0,反应可自发进行,而A中ΔS<0,ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。
7.以下过程可以用熵判据来解释的是( )
A.硝酸铵自发地溶于水
B.CaO(s)+CO2(g)===CaCO3(s)
C.HCl(g)+NH3(g)===NH4Cl(s)
D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
选A 可以用熵判据来解释,一般情况下是吸热且熵增加的过程。
A项,硝酸铵自发地溶于水,是熵增的过程,可以用熵判据来解释,正确;
B项,该反应的ΔH<0,ΔS<0,反应能自发进行,主要取决于ΔH的大小,不能用熵判据进行解释,错误;
C项,该反应的ΔH<0,ΔS<0,反应能自发进行,主要取决于ΔH的大小,不能用熵判据进行解释,错误;
D项,该反应的ΔH<0,ΔS<0,反应能自发进行,主要取决于ΔH的大小,不能用熵判据进行解释,错误。
8.合成氨反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH,若该反应在一定条件下能自发进行,则有关该反应的ΔH、ΔS判断正确的是( )
A.ΔH<0 ΔS<0B.ΔH<0 ΔS>0
C.ΔH>0 ΔS<0D.ΔH>0 ΔS>0
选A 一般来说,化合反应的焓变小于0,气体体积减小的反应ΔS<0。
该反应是气体体积减小的化合反应,所以ΔH<0,ΔS<0。
9.判断下列各变化过程是熵增加还是熵减小,在横线上填选项字母。
(1)NH4NO3爆炸:
2NH4NO3(s)2N2(g)+4H2O(g)+O2(g)。
______
(2)水煤气转化:
CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)。
(3)臭氧的生成:
3O2(g)===2O3(g)。
A.熵增大B.熵减小
C.不变D.熵变很小
(1)NH4NO3的爆炸反应是气态物质的物质的量增大的化学反应:
(2+4+1)-0>
0,因此该过程是熵增加的过程。
(2)水煤气转化反应,气态物质的物质的量在反应前后未发生变化:
(1+1)-(1+1)=0,该过程的熵变很小。
(3)生成臭氧后,气态物质的物质的量减小:
2-3<
0,因此该过程是熵减小的过程。
(1)A
(2)D (3)B
10.在化学反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g) ΔH=QkJ·
mol-1过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)Q________0(填“>
”“<
”或“=”)。
(2)熵变ΔS________0(填“>
(3)该反应________自发进行(填“能”或“不能”)。
(4)升高温度平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”),平衡向________方向移动。
据图像可知,该反应是放热反应,故Q<
据反应特点可知,该反应是熵增大的反应;
据此可知该反应能自发进行;
升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小。
(1)<
(2)>
(3)能 (4)减小 逆反应
1.已知(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g) ΔH=+74.9kJ·
mol-1,下列说法中正确的是( )
A.该反应中熵变、焓变皆大于0
B.该反应是吸热反应,因此一定不能自发进行
C.碳酸盐分解反应中熵增加,因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行
D.能自发进行的反应一定是放热反应,不能自发进行的反应一定是吸热反应
选A 该反应ΔH>0,反应物为固体,生成物中产生了气体,ΔS>0,该反应吸热,但熵值增大,可以自发进行,但这并不代表所有碳酸盐分解一定自发,而反应是否能自发进行不能由ΔH或ΔS单独来判断,而应考虑用复合判据加以判断。
2.下列说法不正确的是( )
A.焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素,放热反应具有自发进行的倾向
B.在同一条件下物质有不同的熵值,其体系的混乱程度越大,熵值越大
C.自发反应是指不需要条件就能发生的反应
D.一个反应能否自发进行与焓变和熵变的共同影响有关
选C ΔH-TΔS<0反应能自发进行,一个反应能否自发进行与焓变和熵变的共同影响有关,焓变是一个与反应能否自发进行有关的一个因素,放热反应具有自发进行的倾向,但不一定自发,A、D正确;
根据熵增原理,体系的混乱程度越大,熵值越大,B正确;
自发性只能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定会发生,C错误。
3.下列关于焓判据和熵判据的说法中,不正确的是( )
A.放热的自发过程可能是熵减小的过程,吸热的自发过程一定为熵增加的过程
B.由焓判据和熵判据组合成的复合判据,将更适合于所有的过程
C.在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行,但同样是这个吸热反应在较高温度(1200K)下则能自发进行
D.放热过程(ΔH<0)或熵增加(ΔS>0)的过程一定是自发的
选D 焓判据和熵判据都不全面,应采用复合判据ΔG=ΔH-TΔS,对于CaCO3分解的反应是一个ΔH>0而ΔS>0的反应,所以只有在较高温度下,ΔG=ΔH-TΔS<0反应自发进行。
4.分析下列反应,在任何温度下均能自发进行的是( )
A.2N2(g)+O2(g)===2N2O(g)ΔH=+163kJ·
mol-1
B.Ag(s)+
Cl2(g)===AgCl(s) ΔH=-127kJ·
C.HgO(s)===Hg(l)+
O2(g)ΔH=+91kJ·
D.H2O2(l)===
O2(g)+H2O(l) ΔH=-98kJ·
选D A项,ΔH>0,ΔS<0,任何温度下都不能自发进行,错误;
B项,ΔH<0,ΔS<0,高温下不能自发进行,错误;
C项,ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,错误;
D项,ΔH<0,ΔS>0,任何温度下都能自发进行,正确。
5.灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器皿。
现把白锡制造的器皿放在0℃、100kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能继续使用(已知在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应,焓变和熵变分别为ΔH=-2180.9J·
mol-1,ΔS=-6.61J·
mol-1·
K-1,当ΔH-TΔS<0时能自发反应)( )
A.会变B.不会变
C.不能确定D.升高温度才会变
选A 在等温、等压条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡态。
因此,在0℃、100kPa条件下,白锡会不会变为灰锡就转化为求算反应:
白锡―→灰锡的ΔH—TΔS的问题。
ΔH—TΔS=-2180.9J·
mol-1-273K×
(-6.61J·
K-1)=-376.37J·
mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
6.对于温度与反应方向的关系,下列判断正确的是( )
A.ΔH<0,ΔS>0,所有温度下反应都自发进行
B.ΔH>0,ΔS>0,所有温度下反应都自发进行
C.ΔH<0,ΔS<0,高温下反应自发进行
D.ΔH>0,ΔS<0,所有温度下反应都自发进行
选A 根据ΔG=ΔH-TΔS的符号判断反应是否自发。
A项,根据反应自发进行的判断依据,可知熵增焓减反应一定自发进行,正确;
B项,焓增熵增,则反应高温下可自发进行,错误;
C项,焓减熵减的反应在低温下可自发进行,错误;
D项,焓增熵减在任何温度下都不自发进行,错误。
7.下列有关说法不正确的是( )
A.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH<0
B.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH<0
C.一定温度下,反应MgCl2(l)===Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0,ΔS>0
D.常温下,反应C(s)+CO2(g)===2CO(g)不能自发进行,则该反应的ΔH>0
选B A项,当ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行,已知反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行,该反应的ΔG<0,所以反应的ΔH<0,正确;
B项,当ΔG=ΔH-TΔS<0时,能自发进行,该反应ΔS>0,室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH>0,错误;
C项,分解反应一般为吸热反应,所以ΔH>0;
生成气体是一个熵增加的反应,所以ΔS>0,正确;
D项,该反应熵值增加,反应不能自发进行,说明反应一定是吸热反应,正确。
8.在一定条件下,对于反应mA(g)+nB(g)cC(g)+dD(g),C物质的浓度(C%)与温度、压强的关系如图所示,下列判断正确的是( )
A.ΔH<0 ΔS>0
B.ΔH>0 ΔS<0
C.ΔH>0 ΔS>0
D.ΔH<0 ΔS<0
选A 根据图像可知,在压强不变时,升高温度,C的含量降低,说明平衡逆向移动,逆反应方向是吸热反应,正反应是放热反应,ΔH<0;
在温度不变时,增大压强,C的含量降低,说明增大压强,平衡逆向移动,逆反应方向是气体体积减小的方向,则正反应是气体体积增大的反应,ΔS>0。
9.
(1)25℃和1.01×
105Pa时,反应2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g) ΔH=+56.76
kJ·
mol-1能自发进行的原因是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在298K下,若将1mol蔗糖溶解在1L水中,此溶解过程中体系的ΔS________0(填“>”“=”或“<”)。
(3)化学反应自发的复合判据是自由能变化ΔG,已知ΔG=ΔH-TΔS<0(ΔH为焓变,ΔS为熵变,T为反应进行时所需的温度),反应能自发。
工业上用赤铁矿生产铁,可以选择的还原剂有C和H2:
Fe2O3(s)+
C(s)===2Fe(s)+
CO2(g)
ΔH=+233.8kJ·
mol-1 ΔS=279J·
K-1
Fe2O3(s)+3H2(g)===2Fe(s)+3H2O(g)
ΔH=+98kJ·
mol-1 ΔS=144.2J·
问:
哪一种还原剂可使反应自发进行的温度低?
(要求计算过程)(取整数即可)
(1)该反应是熵增反应,且常温下熵变ΔS对反应的方向性起决定作用
(2)>
(3)ΔG=ΔH-TΔS<0为自发过程。
ΔH-TΔS=0为平衡状态。
用C作还原剂时,
ΔH-T1ΔS=0,T1=
=
≈838K
即C为还原剂时,T1>838K能自发进行。
用H2作还原剂时,
T2=
≈680K
即H2作还原剂时T2>680K能自发进行。
所以用氢气作还原剂,反应自发进行的温度较低。
10.已知在100kPa、298.15K时石灰石分解反应:
CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)
ΔH=+178.3kJ·
mol-1 ΔS=160.4J·
K-1,则:
(1)该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)据本题反应数据分析,温度________(填“能”或“否”)成为反应方向的决定因素。
(3)若温度能决定反应方向,则该反应自发进行的最低温度为________。
(1)ΔH-TΔS=178.3kJ·
mol-1-298.15K×
160.4×
10-3kJ·
K-1=130.5kJ·
mol-1>
0,所以该反应不能自发进行。
(2)因为该反应ΔH>
0、ΔS>
0,所以根据ΔH-TΔS可知在温度较高的时候,可能小于0。
(3)根据ΔH-TΔS<
0时,反应可自发进行,则有:
T>
ΔH/ΔS=1111.6K。
(1)不能
(2)能 (3)1111.6K
一、选择题(本题包括12小题,每小题5分,共60分)
1.下列有关化学反应速率的说法中,正确的是( )
A.100mL2mol·
L-1的盐酸与锌反应时,加入适量的NaCl溶液,生成H2的速率不变
B.用铁片和稀硫酸反应制取H2时,改用铁片和浓硫酸可以加快产生H2的速率
C.二氧化硫的催化氧化反应是一个放热反应,所以升高温度,反应速率减慢
D.汽车尾气中的CO和NO可以缓慢反应生成N2和CO2,减小压强,反应速率减慢
选D A项,加入NaCl溶液,相当于稀释盐酸,使其浓度降低,反应速率减慢;
B项,改用铁片与浓硫酸反应时,若在常温下,则铁片发生钝化,若在加热条件下,则反应生成二氧化硫气体,得不到H2;
C项,化学反应不论是放热反应还是吸热反应,升高温度,化学反应速率都加快;
D项,对有气体参与的反应,减小压强,气体的浓度降低,反应速率减慢。
2.美国亚利桑那州大学和阿贡国家实验室的科学家最近设计出生产氢气的人造树叶,原理为2H2O(g)
2H2(g)+O2(g)。
有关该反应的说法正确的是( )
A.ΔH<0 B.ΔS<0
C.化学能转变为电能D.氢能是理想的绿色能源
选D 水生成氢气和氧气需要吸收能量,故ΔH>0;
水蒸气生成氢气和氧气,气体的物质的量增加,熵值增大,故ΔS>0。
3.下列叙述中,不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.红棕色的NO2,加压后颜色先变深后变浅
B.高压比常压有利于合成SO3的反应
C.加入催化剂有利于氨的合成
D.工业制取金属钾Na(l)+KCl(l)NaCl(l)+K(g)选取适宜的温度,使K变成蒸气从反应混合物中分离出来
选C
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- 人教版选修4第二章 第四节 化学反应进行的方向 人教版 选修 第二 第四 化学反应 进行 方向