人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向达标测试

第二章　第三节

A　级·基础达标练

一、选择题

1．下列说法不正确的是(　C　)

A．铁生锈和氢气燃烧均为自发放热过程

B．冰融化的过程中，熵值增大

C．无热效应的自发过程是不存在的

D．同一物质固态时熵值最小

解析：铁生锈和氢气燃烧均为放出热量的自发过程，A项正确；冰融化时有序性减弱，混乱度增加，即熵值增大，B项正确；物质由有序转化为无序时，不一定发生热效应，如分子的扩散现象，C项错误；同一物质在固态时有序性最高，熵值最小，D项正确。

2．(2021·浙江6月，17)相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是(　B　)

A．1 mol CH4(g)＜1 mol H2(g)

B．1 mol H2O(g)＜2 mol H2O(g)

C．1 mol H2O(s)＞1 mol H2O(l)

D．1 mol C(s，金刚石)＞1 mol C(s，石墨)

解析：熵是用来衡量体系混乱度的物理量，用符号S表示，一定温度和压强下，熵值与物质的量、状态、结构有关系。CH4(g)和H2(g)均为分子，但CH4(g)的结构相对H2(g)较为复杂，由于S(复杂)＞S(简单)，则1 mol CH4(g)＞1 mol H2(g)；相同状态的同一物质，物质的量越大混乱度越大，则1 mol H2O(g)＜2 mol H2O(g)；等量的同一物质的不同状态：S(g)＞S(l)＞S(s)，则1 mol H2O(s)＜1 mol H2O(l)；石墨是混合型晶体，金刚石是原子晶体，故石墨的结构比金刚石的结构更加无序，则1 mol C(s，金刚石)＜1 mol C(s，石墨)，故选B。

3．下列反应常温时能自发进行，并既能用焓判据又能用熵判据解释的是(　B　)

A．H2SO4＋2NH3===(NH4)2SO4

B．2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑

C．2KClO3===2KCl＋3O2↑

D．Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O

解析：A项的反应ΔH＜0，ΔS＜0，属焓判据解释，A项错；B项中ΔH＜0，ΔS＞0，既能用焓又能用熵判据解释，B项正确；C中反应ΔH＞0，ΔS＞0，属熵判据解释，C项错误；D项中反应，ΔH＞0，ΔS＞0，属熵判据解释，D项错误。

4．下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是(　B　)

A．1 mol H2O在不同状态时的熵值，S[H2O(l)]＜S[H2O(g)]

B．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行

C．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＞0能否自发进行与温度有关

D．常温下，反应3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0

5.2020年，全球暴发新型冠状病毒肺炎疫情。消毒剂成为市场短缺商品，双氧水是一种重要的消毒剂。

利用H2可制备H2O2：H2(g)＋O2(g)===H2O2(l)　ΔH。

该反应分为如下两步进行

反应Ⅰ：H2(g)＋X(l)===Y(l)　ΔH1

反应Ⅱ：……ΔH2

已知：X、Y为有机物，反应Ⅰ和反应Ⅱ都能自发进行。下列有关推断错误的是(　C　)

A．反应Ⅱ为O2(g)＋Y(l)===X(l)＋H2O2(l)　ΔH2

B．有机物X是催化剂

C．总反应中正反应活化能E1大于逆反应活化能E

D．ΔH1、ΔH2均小于0

解析：由反应Ⅰ＋反应Ⅱ得总反应，所以反应Ⅱ为O2(g)＋Y(l)===X(l)＋H2O2(l)ΔH2，A正确；根据反应可知，有机物X是催化剂，Y为中间产物，故B正确；反应Ⅰ、反应ⅡΔS＜0，由ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，则ΔH1、ΔH2均小于0，又反应Ⅰ＋反应Ⅱ得总反应，所以总反应ΔH＜0，则总反应中的正反应的活化能小于逆反应的活化能，C错误，D正确。

6．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。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1)(　A　)

A．会变　　　　　　　 B．不会变

C．不能确定  D．升高温度才会变

解析：在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。因此，在0 ℃、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应白锡→灰锡的ΔH－TΔS值的问题。ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1－273 K×(－6.61 J·mol－1·K－1)＝－376.37 J·mol－1＜0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。

二、非选择题

7．(1)工业上合成甲醇的反应原理为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH，如表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数(K)。

根据表中数据可判断ΔH__＜__0(填“＞”“＝”或“＜”)，此反应__较低__(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。

(2)甲醇水蒸气重整制氢是用于驱动电动汽车的质子交换膜燃料电池的理想氢源，当前研究主要集中在提高催化剂活性和降低尾气中CO含量，以免使燃料电池Pt电极中毒。重整过程发生的反应如下：

反应Ⅰ．CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)　ΔH1

反应Ⅱ．CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)　ΔH2

反应Ⅲ．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH3

其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，其中K2、K3随温度变化如表所示：

请回答：

反应Ⅱ能够自发进行的条件是__高温__(填“低温”“高温”或“任何温度”)，ΔH1__＞__ΔH3(填“＞”“＜”或“＝”)。

解析：(1)由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即ΔH＜0，根据反应自发进行的判据：ΔH－TΔS＜0，得到此反应较低温度下有利于该反应自发进行。

(2)当温度升高时，反应Ⅱ的化学平衡常数K2增大，说明温度升高有利于反应Ⅱ正向进行，则反应Ⅱ为吸热反应，其焓变ΔH2＞0，反应Ⅱ为气体分子数增多的反应，随着反应进行，体系混乱度增大，则反应Ⅱ的ΔS2＞0，所以反应Ⅱ自发进行的条件是高温；反应Ⅱ可由反应I－反应Ⅲ得到，根据盖斯定律，ΔH2＝ΔH1－ΔH3，由于ΔH2＞0，所以ΔH1＞ΔH3。

8．已知在100 kPa、298.15 K时石灰石分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1　ΔS＝160.4 J·mol－1·K－1，则：

(1)该反应__不能__(填“能”或“不能”)自发进行；

(2)据本题反应数据分析，温度__能__(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_112_K__；

(4)反应CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在高温下自发向右进行，若反应|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列判断正确的是(　A　)

A．ΔH＞0　ΔH－TΔS＜0 B．ΔH＜0　ΔH－TΔS＞0

C．ΔH＞0　ΔH－TΔS＞0 D．ΔH＜0　ΔH－TΔS－0

解析：(1)该反应的ΔG＝ΔH－T·ΔS＝178.3 kJ·mol－1－298.15 K×0.160 4 kJ·mol－1≈130.5 kJ·mol－1，ΔG＞0，所以不能自发进行。

(2)该反应在100 kPa、298.15 K时，石灰石分解反应为非自发反应，但在高温的条件下能自发进行。

(3)要想反应能自发进行则需ΔG＝ΔH－T·ΔS＜0,178.3 kJ·moI－1－T×160.4×10－3kJ·mol－1＜0，解得：T＞1 112 K。

(4)该反应在一定温度下能够自发向右进行，这说明ΔH－TΔS一定是小于0，根据方程式可知该反应的ΔS＞0，所以如果ΔH＜0，则该反应在任何温度下都是自发进行的，而该反应在高温下能够自发向右进行，因此该反应的反应热ΔH＞0。

B　级·能力提升练

一、不定项选择题(每小题1个或2个选项符合题意)

1．在图1中A、B两容器里，分别收集着一种理想气体(二者不反应)。若将中间活塞打开，两种气体分子立即都分布在两个容器中(如图2所示)。关于此过程的下列说法不正确的是(　AC　)

A．此过程是自发可逆的

B．此过程从有序到无序，混乱度增大

C．此过程为自发过程，而且有热量的吸收或放出

D．此过程是向混乱程度增大的方向变化的过程，即熵增加的过程

解析：气体扩散过程中，混乱度增大，即ΔS＞0，B项、D项正确；该变化过程自发进行，且没有能量变化，即ΔH＝0，C项错误；气体的扩散为自发过程，其逆过程不能自发进行，A项错误。

2．下列说法中正确的是(　C　)

A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的

B．自发反应一定熵增大，非自发反应一定熵减小或不变

C．熵增加且放热的反应一定是自发反应

D．非自发反应在任何条件下都不能实现

解析：反应的自发性同时受焓变和熵变的影响。放热反应不都是自发的，吸热反应也不都是非自发的；自发反应不一定熵增大，非自发反应也不一定熵减小或不变。反应能不能发生受外界条件的影响，非自发反应在一定条件下也可能发生。

3．二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一，也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法中正确的是(　AB　)

生石灰捕捉和封存二氧化碳的示意图

A．步骤一中将反应器加热到400 ℃，可提高CaCO3的生成速率

B．步骤一中生成CaCO3的反应为放热反应

C．步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应

D．步骤二中反应的ΔS＜0

解析：CaO与CO2的反应为放热反应，B项正确；生成CaCO3的反应和CaCO3分解反应的反应条件不同，二者不互为可逆反应，C项错误；反应CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)的ΔS＞0，D项错误。

二、非选择题

4．在化学反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g)　ΔH＝Q kJ·mol－1进行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“＞”“＜”或“＝”)。

(3)该反应__能__自发进行(填“能”或“不能”)。

(4)升高温度，平衡常数__减小__(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡向__逆反应__方向移动。

解析：据图像可知，该反应是放热反应，故Q＜0。据反应特点可知，该反应是熵增大的反应。ΔH＜0，ΔS＞0，则ΔH－TΔS＜0，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。

5．已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，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“＞”“＜”或“＝”，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，则此反应自发进行的温度为__小于1_240_K__。

解析：(1)C(s)＋CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应，ΔH＞0，则2CO(g)CO2(g)＋C(s)为放热反应，ΔH＜0，且该反应ΔS＜0，则当T＜980 K时，ΔH－TΔS＜0；T＞980 K时，ΔH－TΔS＞0。

(2)由题给信息，要使反应能自发进行，须有ΔH－TΔS＜0，即－94.0 kJ·mol－1－T×[－75.8 J·mol－1·K－1×10－3kJ·J－1]＜0，则T＜≈1.24×103 K。

6．(1)已知：298 K、101 kPa时，反应CaO(s)＋SO2(g)===CaSO3(s)　ΔH＝－402.0 kJ·mol－1，ΔH－TΔS＝－345.7 kJ·mol－1。若此反应中ΔH和ΔS不随温度变化而变化，则保持此反应自发进行的温度低于__2_127_K__。

(2)已知：H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.0 kJ·mol－1，ΔS＝＋118.8 J·mol－1·K－1。则水的沸点是__370.4_K__。

(3)已知在298 K时，由石墨生成金刚石的反应的ΔH＝＋1.895 kJ·mol－1，ΔH－TΔS＝2.866 kJ·mol－1，又已知石墨的熵S石＝5.694 J·mol－1·K－1，则金刚石的熵S金＝__2.436_J·mol－1·K－1__(化学反应的熵变是生成物的总熵与反应物的总熵之差)，这两种碳的同素异形体中更有序的是__金刚石__。

解析：(1)因为298 K、101 kPa时，题给反应的ΔH＝－402.0 kJ·mol－1，ΔH－TΔS＝－345.7 kJ·mol－1，则有ΔS＝(－402.0 kJ·mol－1＋345.7 kJ·mol－1)÷298 K≈－0.189 kJ·mol－1·K－1。要使反应能自发进行，需使ΔH－TΔS＜0，即－402.0 kJ·mol－1－T×(－0.189 kJ·mol－1·K－1)＜0，得T＜2 127 K，因此保持此反应自发进行的温度低于2 127K。

(2)在水沸腾时，ΔH－TΔS＝0，则T＝ΔH÷ΔS＝44.0×103 J·mol－1÷118.8 J·mol－1·K－1≈370.4 K。

(3)石墨转化为金刚石的反应为C(s，石墨)===C(s，金刚石)，ΔH－TΔS＝ΔH－T(S金－S石)＝2.866 kJ·mol－1，即1.895 kJ·mol－1－298 K×(S金－5.694×10－3kJ·mol－1·K－1)＝2.866 kJ·mol－1，解得S金＝2.436×10－3kJ·mol－1·K－1＝2.436 J·mol－1·K－1。熵用来度量混乱度的程度，混乱度越小，体系的熵值就越小，或者说体系的熵值越小，则越有序。通过上面的计算知S金＜S石，则金刚石比石墨更有序。

7．对于一个化学反应，判断其自发进行的方向问题是研究此反应的首要任务，只有确定了反应自发进行的方向，才有研究其他问题的意义。

(1)在冶金工业中，常以焦炭(C)作为还原剂。

①已知298 K下反应2Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)　ΔH＝＋2 171.0 kJ·mol－1，ΔS＝＋635.5 J·mol－1·K－1，判断此反应在室温下能否自发进行。

②用焦炭作还原剂冶炼金属锡的反应方程式为SnO2(s)＋2C(s)===Sn(s)＋2CO(g)，反应过程中能量的变化如图所示。判断此反应是在低温下还是在高温下自发进行？

(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。已知反应在常温下能够自发进行，判断此反应是放热反应还是吸热反应。

解析：(1)①在室温时ΔH－TΔS＝2 171.0 kJ·mol－1－0.635 5 kJ·mol－1·K－1×298 K≈1 981.6 kJ·mol－1＞0，因此在室温下此反应不能自发进行。

②高温下能自发进行。根据图像可知生成物的总能量高于反应物的总能量，所以正反应是吸热反应，则ΔH＞0；根据方程式可知正反应是气体体积增大的反应，所以ΔS＞0，所以要使ΔH－TΔS＜0，需要较高的温度。

(2)放热反应。因为此反应常温下能够自发进行，即在常温下ΔH－TΔS＜0，且此反应为气体体积减小的反应，即反应的ΔS＜0，所以要使常温下ΔH－TΔS＜0必有ΔH＜0。