高中化学鲁科版化学反应原理第二章化学反应的方向限度与速率单元测试 第二章第一节

一、反应焓变与反应方向1．自发过程。(1)概念：在温度和压强一定的条件下，不借助外部力量就能自动进行的过程。(2)特点：具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下肯定不自发。2．反应焓变与反应方向的关系。(1)能自发进行的化学反应多数是放热反应。(2)有些吸热反应也能自发进行。结论：反应焓变与反应能否自发进行有关，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。1．放热反应(ΔH＜0)具有自发进行的倾向，吸热反应一定没有自发进行的倾向，你觉得此说法是否正确？说明理由。答案：此说法不正确。有些吸热反应也可以自发进行，如：N2O5(g)=N2O4(g)＋O2(g)ΔH＝＋kJ/mol，不能单纯用焓判据判断某反应是否可自发进行。二、反应熵变与反应方向1．熵。(1)概念：衡量体系混乱度的物理量，其符号为S，单位为J·mol－1·K－1。(2)特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。(3)影响因素。①同一物质：S(高温)＞S(低温)；S(g)＞S(l)＞S(s)。②相同条件下的不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。③S(混合物)＞S(纯净物)。如固体的溶解、水的汽化、墨水在水中的扩散以及气体的扩散过程都是体系混乱度增大的过程，即熵增加的过程。2．熵变。(1)概念：反应产物总熵与反应物总熵之差。(2)计算式：ΔS＝∑S(反应产物)－∑S(反应物)。(3)正负判断依据。①物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。②气体的物质的量增大的反应，反应熵变的数值通常都是正值，是熵增加的反应。③气体的物质的量减小的反应，反应熵变的数值通常都是负值，是熵减小的反应。3．熵变与反应方向。(1)熵增加有利于反应的自发进行。(2)某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。(3)反应熵变是反应能否自发进行有关的因素之一，但不是唯一因素。三、焓变与熵变对反应方向的共同影响1．化学反应方向的判据。在温度和压力一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至反应达化学平衡状态即：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(ΔH－TΔS<0，反应能自发进行,ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态,ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行))2．对反应方向判据的讨论。(1)在温度、压力一定的条件下，放热的熵增加的反应一定能够自发进行。如：2KClO3(s)=2KCl(s)＋3O2(g)ΔH＝－kJ·mol－1，ΔS＝J·mol－1·K－1。(2)在温度、压力一定的条件下，吸热的熵减少的反应一定不能自发进行。如：CO(g)=C(s，石墨)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝kJ·mol－1，ΔS＝－J·mol－1·K－1。(3)当焓变和熵变的影响相反时，如果二者大小相差悬殊，可能是某一因素占主导地位。例如：4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔH＝－kJ·mol－1，ΔS＝－J·mol－1·K－1焓变对反应的方向起决定性的作用。再如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝kJ·mol－1ΔS＝J·mol－1·K－1，则ΔH－TΔS<0，此时熵变对反应起决定性作用(以上反应均在常温下进行)。(4)当焓变与熵变的影响相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。3．温度与反应方向的关系图为：答案：eq\x(活)eq\x(学)eq\x(活)eq\x(用)1．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＝－2J·mol－1，ΔS＝－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，直至平衡状态。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ΔH－TΔS的问题。ΔH－TΔS＝－2J·mol－1－274K×(－J·mol－1·K－1)＝－J·mol－1＜0，因此在此温度和压强下白锡会变为灰锡。2．下列说法正确的是(A)A．常温下，反应C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0B．一定温度下，反应MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0，ΔS<0C．放热的自发过程，一定是熵增加的过程D．液态水可自发挥发成水蒸气的过程是熵减的过程解析：反应不能自发进行的判据为ΔH－TΔS＞0，A选项由方程式得ΔS＞9，则ΔH＞0，故A项正确；B选项反应中气体分子数增加，ΔS＞0，故B项错误；C选项中ΔH<0,ΔS也可能大于0，故C项错误；D选项液态变为气态是熵增加的过程，故D项错误。1．过程的自发性的作用是(A)A．判断过程的方向B．确定过程是否一定会发生C．判断过程发生的速率D．判断过程的热效应解析：反应过程的自发性用于判断反应过程的方向。2．(双选)下列反应中，熵显著增加的反应是(BD)A．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)B．CaCO3(s)＋2HCl(l)=CaCl2(l)＋CO2(g)＋H2O(l)C．C(s)＋O2(g)=CO2(g)D．2HgO(s)=2Hg(l)＋O2(g)解析：一个化学反应能够进行，从熵变化角度来讲一般是增加的，熵增加的标志是反应中分子数增加，特别是气态分子数增多。A项中分子数由3→1，B项中分子数由无→1，C项中分子数不变，D项中分子数由无→1。3．已知反应CO(g)=C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)的ΔH为正值，ΔS为负值。该ΔH与ΔS不随温度而变，下列说法中正确的是(D)A．低温下是自发变化B．高温下是自发变化C．低温下是非自发变化，高温下是自发变化D．任何温度下都是非自发变化解析：由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(ΔH－TΔS,ΔH>0,ΔS<0))知ΔH－TΔS>0，且随温度升高而增加。4．下列说法正确的是(C)A．凡是放热反应都是自发的，凡是吸热反应都是非自发的B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变C．自发反应在恰当条件下才能实现D．自发反应在任何条件下都能实现解析：放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应，故A项错误；自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变，故B项错误；过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件，故D项错误。5．能源是人类生存和发展的重要支柱。研究化学反应中的能量变化在能源紧缺的今天具有很重要的意义。已知下列热化学方程式：①2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－570kJ·mol－1②H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－242kJ·mol－1③C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－kJ·mol－1④C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－kJ·mol－1⑤CO2(g)＋2H2O(g)=CH4(g)＋2O2(g)ΔH＝890kJ·mol－1回答下列问题：(1)向上述反应中属于放热反应的是________(填序号)。(2)盖斯定律在生产和科学研究中具有很重要的意义。有些反应的反应热虽然很难直接测量，但可通过间接的方法求得。根据以上反应的ΔH值求出反应C(s)＋H2O(g)=H2(g)＋CO(g)的ΔH＝________。(3)(2)中反应的熵ΔS______0(选填“＞”“＝”或“＜”)；又已知：ΔG＝ΔH－TΔS(T指温度)，当ΔG＜0时可自发进行，则该反应在什么条件下可自发进行？________。解析：(1)由ΔH<0时为放热反应可知，①②③④为放热反应；(2)将③－②可得C(s)＋H2O(g)＝H2(g)＋CO(g)ΔH＝(－kJ/mol)－(－242kJ/mol)＝＋kJ/mol；(3)该反应吸热，且气体分子数增加，ΔS＞0，则反应在高温条件下能自发进行。答案：(1)①②③④(2)kJ·mol－1(3)＞高温6．已知反应：2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在298K、101kPa的条件下，其中ΔH＝－kJ·mol－1，ΔS＝－J·mol－1·K－1。该反应________(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为________________。解析：ΔG＝ΔH－TΔS＝－kJ·mol－1－298K×(－×10－3kJ·mol－1·K－1)＝－kJ·mol－1<0，故理论上该反应能自发进行。答案：能该反应的ΔH－TΔS＝－kJ·mol－1<0，说明该反应在理论上是可行的，所以有可能用于消除汽车尾气中的NO1．(双选)下列过程属于熵增加的是(AB)A．固体的溶解过程B．气体扩散过程C．水蒸气变为液态水D．CO(g)＋2H2O(g)=CH3OH(g)＋O2(g)解析：固体的溶解过程、气体的扩散过程都是体系混乱度增加的过程，即熵增加的过程。2．对于温度与反应方向的关系，下列判断不正确的是(B)A．ΔH<0，ΔS>0，所有温度下反应自发进行B．ΔH>0，ΔS>0，所有温度下反应自发进行C．ΔH<0，ΔS<0，低温度下反应自发进行D．ΔH>0，ΔS<0，所有温度下反应不能自发进行解析：ΔH＞0，ΔS＞0则反应在高温条件下能自发进行故B说法不正确。3．下列关于冰融化为水的过程判断正确的是(C)A．ΔH>0，ΔS<0B．ΔH<0，ΔS>0C．ΔH>0，ΔS>0D．ΔH<0，ΔS<0解析：冰融化为水，吸收热量，所以ΔH>0，冰的熵值低于水的，因此ΔS>0。4．实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。下列对此说法的理解的叙述中，正确的是(C)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种重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的判据解析：多数能自发进行的反应都是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，因此说焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素，但不是唯一因素。5．下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是(D)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解析：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。6．某化学反应的ΔH＝122kJ·mol－1，ΔS＝231J·mol－1·K－1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行(C)A．在任何温度下都能自发进行B．在任何温度下都不能自发进行C．仅在高温下自发进行D．仅在低温下自发进行解析：当ΔH－TΔS＜0时反应可以自发进行，由于该反应的ΔH、ΔS均为正值，则只有在高温时ΔH－TΔS才可能为负值，反应才可自发进行。7．对于平衡体系mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，下列结论正确的是(B)A．若此反应为放热反应，则该反应在任何条件下均可自发进行B．若m＋n＜p＋q，则此反应的ΔS＞0C．根据ΔH－TΔS，若此反应的ΔH＞0，ΔS＜0，则该反应在任何条件下均可自发进行D．该反应无论m＋n与p＋q大小如何，均是熵值增加的过程解析：放热的熵增反应才能在任何条件下自发进行，A、C两项错误；气体分子数增加，ΔS＞0，故B项正确，D项错误。8．判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增加”“减小”或“无明显变化”。(1)2H2(g)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))2H2O(1)________。(2)H2(g)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))2HCl(g)________。(3)(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)＋NH3(g)________。(4)Cu(s)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))CuCl2(s)________。解析：判断熵值变化的依据是同温同压下，气态熵值>液态熵值>固态熵值，状态都是气态时，看物质的量的多少，物质的量越多，熵值越大。答案：(1)减小(2)无明显变化(3)增加(4)减小9．在冶金工业中，以C作为还原剂温度高于980K时的氧化产物是以CO为主，低于980K时以CO2为主。已知2CO(g)CO2(g)＋C(s)，T＝980K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980K时，估计ΔH－TΔS的正负符号为________；当体系温度高于980K时，ΔH－TΔS的正负符号为________。解析：温度高于980K时C的氧化产物是以CO为主，说明反应2CO(g)CO2(g)＋C(s)逆向进行，因此，当体系温度高于980K时，ΔH－TΔS的正负符号为正，温度低于980K时C的氧化产物是以CO2为主，说明反应2CO(g)CO2(g)＋C(s)正向进行，因此，当体系温度低于980K时，ΔH－TΔS的正负符号为负。答案：负正10．(1)化学反应：CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH(298K)＝kJ·mol－1，ΔS(298K)＝J·mol－1·K－1，常温下该反应________(选填“