化学选择性必修1第1节 化学反应的方向优秀同步达标检测题

第2章　化学反应的方向、限度与速率

第1节　化学反应的方向

基础过关练

题组一　反应焓变与反应方向

1.下列关于自发过程的叙述中,正确的是(深度解析)

A.只有不需要任何条件就能够自发进行的过程才是自发过程

B.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程

C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能

D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程

2.下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是(　　)

A.化学反应的焓变与其反应的方向无关

B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向

C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行

D.焓变为负值的反应都能自发进行

3.以下反应均为自发反应,其中不能用焓判据解释的是(　　)

A.2Na(s)+Cl2(g) 2NaCl(s)　ΔH<0

B.C3H8(g)+5O2(g) 3CO2(g)+4H2O(l)　ΔH<0

C.2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s) 2NH3(g)+CaCl2(s)+2H2O(l)　ΔH>0

D.2Mg(s)+O2(g) 2MgO(s)　ΔH<0

4.不能用焓判据解释的自发进行的反应过程是(　　)

A.铁在潮湿空气中生锈

B.天然气的燃烧

C.铜在潮湿空气中生成铜绿

D.NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3

题组二　反应熵变与反应方向

5.下列生活中的自发过程能用熵判据解释的是(　　)

A.自然界中水由高处往低处流

B.低于0 ℃时水变成冰

C.墨水滴到水中会扩散到整个水体

D.铁器暴露在潮湿的空气中会生锈并放出热量

6.下列关于冰融化为水的过程判断正确的是(　　)

A.ΔH>0,ΔS<0 B.ΔH<0,ΔS>0

C.ΔH>0,ΔS>0 D.ΔH<0,ΔS<0

7.下列对熵变的判断中不正确的是(深度解析)

A.少量的食盐溶解于水中:ΔS>0

B.碳和氧气反应生成CO(g):ΔS>0

C.气态水变成液态水:ΔS>0

D.CaCO3(s)在高温条件下分解为CaO(s)和CO2(g):ΔS>0

题组三　焓变与熵变对反应方向的共同影响

8.(2020河北衡水高二月考)下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　)

A.2H2O2(l)O2(g)+2H2O(l)　ΔH=-196 kJ·mol-1

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

C.2Ag(s)+Cl2(g)2AgCl(s)　ΔH=-254 kJ·mol-1

D.2HgO(s)2Hg(l)+O2(g)　ΔH=+182 kJ·mol-1

9.已知吸热反应:2CO(g) 2C(s)+O2(g),设ΔH和ΔS不随温度变化,下列说法中正确的是(　　)

A.低温下能自发进行

B.高温下能自发进行

C.任何温度下都能自发进行

D.任何温度下都不能自发进行

10.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存放在0 ℃、100 kPa的室内,它会不会变成灰锡而不能继续使用(已知在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变:ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1)(　　)

A.会变 B.不会变

C.不能确定 D.升高温度才会变

11.下列对化学反应方向的说法正确的是(　　)

A.反应2A(g)+B(g) 3C(s)+D(g)在一定条件下能自发进行,说明该反应的ΔH>0

B.常温下,反应2Na2SO3(s)+O2(g) 2Na2SO4(s)能自发进行,则该反应的ΔH<0

C.反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)在一定条件下能自发进行,则该反应的ΔH>0

D.一定温度下,反应2NaCl(s) 2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0、ΔS>0

12.汽车尾气(含烃类、CO、NO、SO2等)是城市主要污染源之一,可以采用在汽车排气管上装催化转化器,使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体的方法进行治理,其反应原理是2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。在298 K、101 kPa下,该反应的ΔH=-113 kJ·mol-1,ΔS=-145 J·mol-1·K-1。下列说法错误的是(　　)

A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

B.该反应在常温下不能自发进行,因此需要高温和催化剂条件

C.该反应在常温下能自发进行,使用催化剂能加快反应速率

D.汽车尾气中的NO、CO会与血红蛋白结合而使人中毒

能力提升练

题组　焓变与熵变对反应方向的共同影响

1.(2020黑龙江绥化高二上月考,)25 ℃、1.01×105 Pa时,2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.76 kJ/mol,该反应能自发进行的原因是(　　)

A.是吸热反应 B.是放热反应

C.是熵减少的反应 D.熵增大效应大于焓效应

2.(2020宁夏银川高二上期中,)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ΔH、ΔS应为(　　)

A.ΔH<0,ΔS>0 B.ΔH<0,ΔS<0

C.ΔH>0,ΔS>0 D.ΔH>0,ΔS<0

3.(双选)()下列说法不正确的是(　　)

A.已知2O3(g) 3O2(g)的ΔH<0、ΔS>0,则该反应在任何温度下都能自发进行

B.“冰,水为之,而寒于水”说明相同质量的水和冰,水具有的能量高

C.干冰(CO2)升华过程中,ΔS<0

D.碳酸钙在高温下才能分解,因此碳酸钙的分解反应不属于自发反应

4.(2019陕西咸阳高三第一次模拟,)下列关于化学反应方向及其判据的说法错误的是(深度解析)

A.1 mol H2O在不同状态时的熵值:S[H2O(s)]<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,该反应能否自发进行与温度无关

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

5.(2020河南南阳第一中学高三考试,)煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2,严重破坏生态环境。采用脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定,从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应,降低脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下:

CaSO4(s)+CO(g) CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)　ΔH1=+218.4 kJ/mol(反应Ⅰ)

CaSO4(s)+4CO(g) CaS(s)+4CO2(g)　ΔH2=-175.6 kJ/mol(反应Ⅱ)

下列有关说法正确的是(　易错　)

A.提高反应体系的温度,能降低该反应体系中SO2的生成量

B.反应Ⅱ在较低的温度下可自发进行

C.用生石灰固硫的反应为4CaO(s)+4SO2(g) 3CaSO4(s)+CaS(s)　ΔH3,则ΔH3>ΔH2

D.由反应Ⅰ和反应Ⅱ可计算出反应CaSO4(s) CaO(s)+SO3(g)的焓变

6.()已知2CO(g) CO2(g)+C(s),T=980 K时,ΔH-TΔS=0。

(1)当体系温度低于980 K时,ΔH-TΔS　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)0;当体系温度高于980 K时,ΔH-TΔS　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)0。 

(2)在冶金工业中,以C为还原剂,温度高于980 K时的氧化产物以　　　　为主;温度低于980 K时的氧化产物以　　　　为主。 

7.()回答下列问题:

(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想利用反应2CO(g) 2C(s)+O2(g)除去CO。已知该反应的ΔH>0,简述该反应不能自发进行的依据:　　　　　　。 

(2)下列反应中,在高温下不能自发进行的是      (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,已知:2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.76 kJ·mol-1,该反应能自发进行,原因是 　。 

(4)将水蒸气通过红热的木炭即产生水煤气,热化学方程式为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”)。 

8.()将SiCl4氢化为SiHCl3有三种方法,对应的反应依次为:

①SiCl4(g)+H2(g) SiHCl3(g)+HCl(g)　ΔH1>0

②3SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s) 4SiHCl3(g)　ΔH2<0

③2SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g) 3SiHCl3(g)　ΔH3

已知体系吉布斯自由能变ΔG=ΔH-TΔS,ΔG<0时反应自发进行。三个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示。反应①能自发进行的最低温度是　　　　;相同温度下,反应②比反应①的ΔG小,主要原因是　　　　　　　　　　　　。 

答案全解全析

基础过关练

1.C　在一定条件下,不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程,A、B项错误;可逆反应在不同的条件下,可以向不同方向自发进行,C项正确;改变条件,可以使非自发过程变为自发过程,D项错误。

拓展延伸

某些自发反应需要在一定条件下才能进行;非自发反应具备了一定条件也能发生,如电解水。

2.C　可逆反应正反应的焓变数值的绝对值与其逆反应的焓变数值的绝对值相等,但是符号(变化趋势)相反,A项错误;焓变对反应方向有直接影响,但不能决定反应进行的方向,B项错误;焓变为负值的反应多数能自发进行,但有的也不是自发反应,D项错误;焓变为正值,则反应的发生需要吸收热量,体系能量升高,不利于反应自发进行,C项正确。

3.C　C项反应的ΔH>0,由焓判据判断反应不能自发进行,而题给条件是能自发进行,所以C项中的反应不能用焓判据解释。

4.D　铁在潮湿空气中能自发产生铁锈,能量降低,是能用焓判据解释的自发过程;天然气燃烧生成CO2和水时放热,能量降低,是能用焓判据解释的自发过程;铜在潮湿空气中能自发反应产生铜绿,能量降低,是能用焓判据解释的自发过程;NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3,是一个吸热的自发过程,不能用焓判据解释,故选D。

5.C　熵变在某种意义上可以理解为体系混乱程度的变化,体系中微粒排列越规则,熵越小,越混乱,熵越大。C项中墨水在水中扩散开是熵增加的过程。故选C项。

6.C　冰的融化是吸热过程,故ΔH>0;冰融化成水,体系的混乱度增大,故ΔS>0。

7.C　A项,NaCl(s) NaCl(aq)的ΔS>0;B项,2C(s)+O2(g) 2CO(g)的ΔS>0;C项,H2O(g) H2O(l)的ΔS<0;D项,CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0。

解题指导

(1)同种物质,由固态→液态→气态是一个熵增的过程。

　　(2)一个反应中反应后气体的化学计量数增大,则ΔS>0,反之,ΔS<0。

8.A　A项反应ΔH<0、ΔS>0,任何温度下都能自发进行,正确;B项反应ΔH>0、ΔS<0,任何温度下都不能自发进行,错误;C项反应ΔH<0、ΔS<0,高温下不能自发进行,错误;D项反应ΔH>0、ΔS>0,低温下不能自发进行,错误。

9.D　2CO(g) 2C(s)+O2(g)的ΔH>0,ΔS<0,所以ΔH-TΔS>0,在任何温度下反应都不能自发进行,D正确。

10.A　在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,自发反应总是向着ΔH-TΔS<0的方向进行,直至达到平衡状态。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。

11.B　在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,满足ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。反应的ΔS<0,若反应能自发进行,则ΔH<0,A、C项错误,B项正确;2NaCl(s) 2Na(s)+Cl2(g)属于分解反应,ΔS>0,为吸热反应,ΔH>0,D项错误。

12.B　此反应是放热反应,A项正确;常温下,该反应的ΔH-TΔS<0,可以自发进行,使用催化剂能加快反应速率,B项错误,C项正确;NO、CO都可与血红蛋白结合而使人中毒,D项正确。

能力提升练

1.D　该反应ΔH>0,ΔS>0,根据“ΔG=ΔH-TΔS<0的反应能自发进行”可知,该反应熵增大效应大于焓效应,D项正确。

2.C　若ΔH<0,ΔS>0,任意温度下均满足ΔH-TΔS<0,不符合题意,A项错误;若ΔH<0,ΔS<0,低温条件下才满足ΔH-TΔS<0,不符合题意,B项错误;若ΔH>0,ΔS>0,在高温时反应能自发进行,其逆反应在低温下能自发进行,C项正确;若ΔH>0,ΔS<0,任何温度下都不满足ΔH-TΔS<0,D项错误。

3.CD　已知2O3(g) 3O2(g)的ΔH<0、ΔS>0,任意温度下均满足ΔG=ΔH-TΔS<0,因此该反应在任何温度下都能自发进行,A项正确;“冰,水为之,而寒于水”说明相同质量的水和冰,冰的能量低,水的能量高,B项正确;干冰(CO2)升华过程中,二氧化碳由固态转化为气态,ΔS>0,C项错误;碳酸钙在高温下才能分解,说明碳酸钙的分解在高温下可自发进行,D项错误。

4.B　物质聚集状态不同熵值不同,1 mol H2O在不同状态时的熵值:S[H2O(s)]<S[H2O(g)],A项正确;反应的自发性由焓变和熵变共同决定,当ΔG=ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,B项错误;题给反应的ΔH<0、ΔS>0,则在任何温度下反应都能自发进行,故反应能否自发进行与温度无关,C项正确;常温下,反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)不能自发进行,则常温下,ΔH-TΔS>0,因为该反应的ΔS>0,所以ΔH>0,D项正确。

技巧归纳

焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响

5.B　只有在反应Ⅰ中生成了SO2,且该反应为吸热反应,所以升高温度,会生成更多的SO2(将在下一节学习),A项错误;要使反应Ⅱ自发进行,需满足ΔG=ΔH-TΔS<0,已知ΔH2<0,由反应方程式可知该反应的自发性主要决定于焓变,所以该反应在低温下即可自发进行,且低温有利于节约能源,B项正确;根据盖斯定律,由Ⅱ-4×Ⅰ可得4CaO(s)+4SO2(g) 3CaSO4(s)+CaS(s)　ΔH3=ΔH2-4ΔH1,已知ΔH1>0,所以ΔH3<ΔH2,C项错误;反应Ⅰ和反应Ⅱ中没有SO3(g),所以无法通过反应Ⅰ和反应Ⅱ计算出反应CaSO4(s) CaO(s)+SO3(g)的焓变,D项错误。

易错提示

本题的难点是B选项,因为反应Ⅱ前后气体、固体的分子数都不变,所以焓变对反应的自发性起决定作用,这是利用吉布斯自由能判据的一种特殊情况。

6.答案　(1)小于　大于　(2)CO　CO2

解析　(1)反应2CO(g) CO2(g)+C(s)的ΔS<0,由题意可知,T=980 K时,ΔH-TΔS=0,推出ΔH<0,即反应是放热反应。当T<980 K时,ΔH-TΔS<0;当T>980 K时,ΔH-TΔS>0。(2)由以上分析可知当T>980 K时,ΔH-TΔS>0,正反应不能自发进行,主要氧化产物是一氧化碳;当T<980 K时,ΔH-TΔS<0,正反应能自发进行,主要氧化产物为CO2。

7.答案　(1)该反应是ΔH>0、ΔS<0的反应,在任何温度下均不能自发进行　(2)a　(3)该反应是熵增反应,且常温下熵变ΔS对该反应的方向起决定作用　(4)不能

解析　(1)该反应ΔH>0、ΔS<0,根据ΔG=ΔH-TΔS,T取任意值均满足ΔG>0,故不能自发进行。

(2)a、b、c、d反应的ΔH>0,b、c、d反应的ΔS>0,ΔH-TΔS<0时,反应才能自发进行,即b、c、d在高温下才能自发进行。a反应的ΔS<0,ΔH-TΔS>0,所以在任意温度下a反应都不能自发进行。

(3)该反应能自发进行,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)根据满足ΔH-TΔS<0的反应可自发进行,现ΔH=+131.3 kJ·mol-1,

ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1=+0.133 7 kJ·mol-1·K-1,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。

8.答案　1 000 ℃　ΔH2<ΔH1,导致反应②的ΔG小

解析　ΔG<0时反应自发进行,由题图可知温度高于1 000 ℃时反应①的ΔG<0。反应①的ΔH1>0、ΔS1=0,而反应②的ΔH2<0、ΔS2<0,相同温度下,ΔH对反应的影响较大,故反应①的ΔG比反应②的大。