高中人教版 (新课标)第四节 化学反应进行的方向巩固练习

第四节　化学反应进行的方向

一、自发过程与自发反应

1．自发过程

(1)含义：在一定条件下，不用借助于外力就可以自动进行的过程。

(2)特点：①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。

②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。

2．自发反应

在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行到显著程度。

二、化学反应进行方向的判据

1．焓判据(能量判据)

放热反应过程中体系能量降低，因此具有向最低能量状态进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。

2．熵判据

(1)熵：用来度量体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。单位：J·mol－1·K－1。

(2)熵值大小的比较：同一种物质在不同状态时的熵值大小为S(g)＞S(l)＞S(s)。

(3)熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号ΔS)大于零。

(4)熵判据：用熵变来判断反应进行的方向。

3．复合判据

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。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。

知识点一　自发过程与自发反应

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．铁在潮湿的空气中生锈                 D．水在室温下结冰

答案　D

解析　自然界中水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿的空气中生锈、冰在室温下融化，都是自发过程，其逆过程都是非自发过程。

2．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是(　　)

A．所有的放热反应都是自发进行的

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惟一判据

答案　C

解析　多数能自发进行的反应都是放热反应，但并不是所有能自发进行的反应都是放热反应，既然说“多数”，必定存在特例，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，但不是惟一因素。

知识点二　化学反应进行方向的判据

3．碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法正确的是(　　)

A．碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大

B．碳酸铵分解是因为外界给予了能量

C．碳酸铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解

D．碳酸盐都不稳定，都能自发分解

答案　A

解析　(NH4)2CO3的分解为吸热反应，而吸热反应不易自发进行；根据焓变与熵变对化学反应的共同影响，该反应熵值一定增大。

4．摩尔熵是单位物质的量的物质在一定条件下所具有的熵。试比较下列两组物质摩尔熵的大小顺序。

(1)相同条件下的气态甲醇、乙醇、丙醇。

(2)气态苯、液态苯、固态苯。

答案　(1)S(气态甲醇)<S(气态乙醇)<S(气态丙醇)　(2)S(气态苯)>S(液态苯)>S(固态苯)

解析　一般来讲，组成物质的原子种类相同时，一个分子中的原子数目越多，其混乱度就越大，熵值也越大；对于同一种物质，S(g)>S(l)>S(s)。根据以上的规律可知，对于(1)，S(气态甲醇)<S(气态乙醇)<S(气态丙醇)；对于(2)，S(气态苯)>S(液态苯)>S(固态苯)。

1．对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是(　　)

A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行

B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向

C．反应焓变是决定反应能否进行的惟一因素

D．固体的溶解过程与熵变无关

答案　B

解析　化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。　　　　　　　　　　　　　　　　　

2．下列说法错误的是(　　)

A．NH4NO3溶于水是自发过程

B．同一种物质气态时熵值最大，液态时次之，而固态时最小

C．借助于外力能自发进行的过程，其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态

D．由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合而成的复合判据，更适合于所有的过程

答案　C

3．下列对熵的理解不正确的是(　　)

A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小

B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大

C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小

D．25℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)是熵增的反应

答案　C

解析　体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，故C错误。

4.

在图中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开(如图所示)，两种气体分子立即都分布在两个容器中。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正确的是(　　)

A．此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向进行的变化过程，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　根据题意ΔH＝0，ΔS＞0，由ΔH－TΔS推知该过程能自发进行，气体扩散为熵增过程，而其逆过程不能自发进行。

5．下列关于自发过程的叙述中，正确的是(　　)

A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程

B．需要加热才能够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进行的可能

D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程

答案　C

6．以下自发反应能用ΔH判据来解释的是(　　)

A．硝酸铵自发地溶于水

B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)   ΔH＝＋156.7 kJ·mol－1

C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)   ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1

D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)   ΔH＝－285.8 kJ·mol－1

答案　D

7．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、100 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进行，因此需要高温和催化剂

C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率

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

答案　B

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项正确；常温下，ΔH－TΔS＝－113 kJ·mol－1－298 K×[－145 J·mol－1·K－1]×10－3 kJ/J＜0，故常温下该反应可自发进行，高温和催化剂只是加快反应速率，B项错误，C项正确；CO和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒。

8．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“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，则此反应自发进行的温度是_______________________________________________。

答案　(1)小于　大于　(2)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·K)]×10－3 kJ/J<0则T<＝1.24×103 K。

9．在298 K时，下列反应的ΔH依次为：

C2H5OH(l)＋3O2(g)―→2CO2(g)＋3H2O(l)

ΔH1＝－1 366.8 kJ·mol－1

C(石墨)＋O2(g)―→CO2(g)

ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1

H2(g)＋1/2O2―→H2O(l)

ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1

乙醇(C2H5OH)、氢气、石墨和氧气的熵值分别为：161.0 J·mol－1·K－1、130.6 J·mol－1·K－1、5.74 J·mol－1·K－1、205.3 J·mol－1·K－1，则298 K时，由单质生成1 mol乙醇的ΔH、ΔS及ΔH－TΔS分别为多少？

答案　ΔH＝－277.6 kJ·mol－1　ΔS＝－344.93 J/(mol·K)

ΔH－T·ΔS＝－174.8 kJ·mol－1

解析　ΔH＝2ΔH2＋3ΔH3－ΔH1＝2×(－393.5 kJ·mol－1)＋3×(－285.8 kJ·mol－1)－(－1 366.8 kJ·mol－1)＝－277.6 kJ·mol－1

ΔS＝161.0 J·mol－1·K－1－3×130.6 J·mol－1·K－1－2×5.74 J·mol－1·K－1－1/2×205.3 J·mol－1·K－1

＝－344.93 J·mol－1·K－1

ΔH－TΔS＝－277.6 kJ·mol－1－298 K×(－344.93×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝－174.8 kJ·mol－1