高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向课后作业题

第三节　化学反应的方向

基础巩固

1.下列过程的方向能用焓变判断的是(　　)。

A.湿的衣服经过晾晒变干

B.硝酸铵溶于水

C.100 ℃时的水蒸气凝结成水

D.25 ℃和101 kPa时2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+109.8 kJ·mol-1能自发进行

答案:C

解析:湿衣服经过晾晒变干和硝酸铵溶于水都是自发过程,该过程虽然吸收热量,但熵值增大,A、B项不符合题意;100℃时水蒸气凝结成水是自发过程,因为该过程放热,使体系能量降低,C项符合题意;D项中反应是吸热反应,同时又是熵增反应,D项不符合题意。

2.NH4HCO3在室温下就能自发地分解产生氨气,下列说法正确的是(　　)。

A.NH4HCO3分解是因为生成了气体,使体系的熵增大

B.NH4HCO3分解是因为外界给予了能量

C.NH4HCO3分解是吸热反应,根据焓变判据不能自发分解

D.碳酸盐都不稳定,都能自发分解

答案:A

解析:NH4HCO3分解是吸热反应,室温下就能自发地分解产生氨气,主要是因为生成了气体,使体系的熵增大。化学反应的自发性还与焓变有关,不能由“NH4HCO3室温下就能自发地分解”推测其他碳酸盐的稳定性,例如CaCO3室温下很稳定,需要高温才能分解。

3.25 ℃和1.01×105 Pa时,反应2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+109.8 kJ·mol-1,自发进行的原因是(　　)。

A.是吸热反应

B.是放热反应

C.是熵减小的反应

D.熵增效应大于焓增效应

答案:D

解析:根据热化学方程式可知,该反应是吸热反应,是熵增的反应,吸热反应不利于反应自发进行,熵增反应有利于反应自发进行,所以该反应的熵增效应大于焓增效应。

4.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:

下列关于该反应的说法中,正确的是(　　)。

A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0

C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0

答案:C

解析: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<0;该反应发生后气体的物质的量减小,ΔS<0。

5.二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(　　)。

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的反应为吸热反应

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

答案:A

解析:CaO与CO2生成CaCO3的反应为放热反应,B项错误;生成CaCO3的反应和CaCO3的分解反应的反应条件不同,两者不互为可逆反应,C项错误;反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0,D项错误。

6.(1)有人根据体系存在着力图使自身能量趋于　　　　和由　　　变为　　　的自然现象,提出了互相关联的　　　判据和　　　判据,虽然这两个判据都不能单独使用于判断化学反应的方向,但为最终解决“化学反应的方向”这一问题提供了必要的依据。 

(2)在密闭条件下,体系倾向于由有序自发地转变为无序,与有序体系相比,无序体系更加　　　,科学家用　　　来度量这种无序。 

(3)判断下列过程熵变的正负(填“>”或“<”):

①少量蔗糖溶解于水中:ΔS　　　　0; 

②纯碳与氧气反应生成CO(g):ΔS　　　0; 

③液态水凝固成冰:ΔS　　　　0; 

④CaCO3(s)加热分解生成CaO(s)和CO2(g):ΔS　　　　0。 

答案:(1)最低　有序　无序　焓　熵

(2)稳定　熵

(3)①>　②>　③<　④>

解析:(3)①蔗糖溶于水形成溶液后混乱度增大;②反应后气体分子数增多是熵增大的过程;③水由液态变为固态是熵减小的过程;④反应后气体分子数增多是熵增大的过程。

7.(1)将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)

ΔH=+131.3 kJ·mol-1,该反应在常温下　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。 

(2)有人提出,可以设计反应2CO(g)2C(s)+O2(g)　ΔH>0、ΔS<0来消除CO对环境的影响。请你判断是否可行并说出理由:　　　　　　　　　　　　　　。 

答案:(1)不能

(2)不可行,该反应是一个焓增、熵减的反应,所以不能自发进行

解析:(1)该反应ΔH>0,ΔS>0,所以,只有在高温时才能自发进行。(2)该反应的ΔH>0、ΔS<0,所以在任何温度下都不能自发进行。

8.在化学反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g)　ΔH=Q kJ·mol-1过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。

(1)Q　　　　(填“>”“<”或“=”)0。 

(2)熵变ΔS　　　　(填“>”“<”或“=”)0。 

(3)该反应　　　(填“能”或“不能”)自发进行。 

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

答案:(1)<

(2)>

(3)能

(4)减小　逆反应

解析:(1)根据图像可知,该反应是放热反应,故Q<0;(2)据反应特点可知,该反应是熵值增大的反应;(3)根据ΔG=ΔH-TΔS<0可知该反应能自发进行;(4)升高温度,平衡向逆反应方向移动,平衡常数减小。

能力提升

1.如图,在图1的 A、B两容器里,分别收集着两种互不反应的气体。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(见图2)。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中不正确的是(　　)。

图1

图2

A.此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向的变化过程,即熵增大的过程

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.此过程是自发可逆的

答案:D

解析:由题意知ΔH=0、ΔS>0,由ΔH-TΔS知该过程的逆过程不能自发进行,所以D项错误。

2.(双选)下列关于化学反应的方向的说法,正确的是(　　)。

A.在一定条件下反应2A(g)+B(g)3C(s)+D(g)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ΔH<0

C.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0

D.反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0,ΔS>0

答案:AB

解析:ΔH-TΔS<0的反应能自发进行。若反应的ΔS<0,反应能自发进行,则ΔH<0,A、B项正确,C项错误;分解反应2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)属于吸热反应,ΔH>0,D项错误。

3.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。已知在0 ℃和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。现把白锡制成的器皿放在0 ℃和100 kPa的室内存放,则白锡(　　)。

A.会变成灰锡

B.不会变成灰锡

C.不能确定是否会变成灰锡

D.升高温度才会变成灰锡

答案:A

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,0℃和100kPa下,ΔH-TΔS=-2180.9J·mol-1-273K×(-6.61J·mol-1·K-1)=-376.37J·mol-1<0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。

4.某化学兴趣小组专门研究了氧族元素及其某些化合物的部分性质。所查资料信息如下:

①酸性:H2SO4>H2SeO4>H2TeO4

②氧、硫、硒与氢气化合越来越难,碲与氢气不能直接化合

③由元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图:

请回答下列问题。

(1)H2与硫化合的反应　　　　　(填“放出”或“吸收”)热量。 

(2)已知H2Te分解反应的ΔS>0,请解释为什么Te与H2不能直接化合:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)上述资料信息中能够说明硫元素非金属性强于硒元素的是　　　　(填序号)。 

答案:(1)放出

(2)因为化合时ΔH>0,ΔS<0,反应不能自发进行

(3)①②③

解析:(1)由图示可知H2与硫化合的反应ΔH<0,故为放热反应。

(2)由图示可知H2与Te化合的反应ΔH>0,H2Te分解时ΔS>0,则Te与H2化合时ΔS<0,ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。

5.在其他条件不变时,改变某一条件对aA(g)+bB(g)cC(g)化学平衡的影响,得到如图所示图像(α表示平衡转化率),回答下列问题。

(1)在反应Ⅰ中,已知p1>p2,正反应为　　　(填“吸热”或“放热”)反应,也是一个反应前后气体分子数　　　　(填“减小”或“增大”)的反应,由此判断,此反应自发进行必须满足的条件是　　　　。 

(2)在反应Ⅱ中,T1　　　　(填“>”“<”或“=”)T2,正反应为　　　　(填“吸热”或“放热”)反应。 

(3)在反应Ⅲ中,若T1>T2,试分析该反应能否自发进行?

答案:(1)放热　减小　低温

(2)>　放热

(3)反应Ⅲ中在恒温下压强对α(A)没有影响,此反应的ΔS可视为0,又T1>T2,恒压下温度越高,α(A)越小,则ΔH<0。ΔH-TΔS<0,则反应能自发进行。

解析:(1)反应Ⅰ中恒压条件下温度升高,α(A)减小,即升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应;由p1>p2知,恒温时压强越大,α(A)越大,即增大压强平衡正向移动,说明正反应为反应后气体体积缩小的反应;放热、熵减的反应只能在低温下自发进行。

(2)根据“先拐先平数值大”的原则判断,反应Ⅱ中T1>T2;温度越高,平衡时C的物质的量越小,即升高温度平衡逆向移动,则正反应为放热反应。

(3)反应Ⅲ中在恒温下压强对α(A)没有影响,此反应的ΔS可视为0,又T1>T2,恒压下温度越高,α(A)越小,则ΔH<0。ΔH-TΔS<0,则反应能自发进行。