化学反应的方向与调控（习题）

第七章化学反应速率和化学平衡7.4化学反应的方向与调控考点一化学反应的方向1.下列反应在任何温度下都不能自发进行的是 ()(g)2C(s)+O2(g)ΔH>02O4(g)2NO2(g)ΔH>02(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<02(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH<01.A[解析]反应能自发进行应有ΔHTΔS<0。2CO(g)2C(s)+O2(g)的ΔH>0,ΔS<0,ΔHTΔS恒大于0,该反应在任何温度下都不能自发进行,A符合;N2O4(g)2NO2(g)的ΔH>0,ΔS>0,该反应在高温下能自发进行,B不符合;N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0,ΔS<0,该反应在低温下能自发进行,C不符合;CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)的ΔH<0,ΔS<0,该反应在低温下能自发进行,D不符合。2.[2022·浙江嘉兴模拟]下列说法正确的是 ()A.常温常压下,Na2CO3、CaCO3的溶解焓变相近:Na2CO3(s)2Na+(aq)+CO32-(aq)ΔS1;CaCO3(s)Ca2+(aq)+CO32-(aq)ΔS2,则ΔS1>Δ(s)NaCl(l)ΔS<0C.常温常压下,3O2(g)2O3(g)ΔS>0D.常温常压下,2CO(g)2C(s)+O2(g)ΔS>02.A[解析]Na2CO3、CaCO3的溶解焓变相近,主要由熵变决定反应方向,Na2CO3比CaCO3易溶解,则ΔS1>ΔS2,故A正确;固体变为液体,混乱程度增大,则ΔS>0,故B错误;气体分子数减少,混乱度减小,则ΔS<0,故C、D错误。3.[2022·浙江温州二模]相同的温度和压强下,有关下列两个反应的说法不正确的是 ()反应ΔH/(kJ·mol1)ΔnΔS/(J·K1·mol1)MgCO3(s)MgO(s)+CO2(g)1aCaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)1b注:①其中Δn表示反应方程式中气体化学计量数之差;②ΔHTΔS<0的反应方向自发。A.因为Δn相同,所以a与b大小相近B.热分解温度:MgCO3(s)>CaCO3(s)C.ab=S[MgO(s)]+S[CaCO3(s)]S[MgCO3(s)]S[CaO(s)]D.两个反应在不同温度下的ΔH和Δn都大于零3.B[解析]由方程式可知,两个反应中气体化学计量数之差相等,则反应的熵变a和b大小相近,故A正确;由ΔHT·ΔS<0反应自发进行,两个反应ΔS相近,MgCO3的分解反应ΔH小,则MgCO3的分解温度小于CaCO3,故B错误;由方程式可知反应的熵变a和b的差值:ab=S[MgO(s)]+S[CaCO3(s)]S[MgCO3(s)]S[CaO(s)],故C正确;由表格数据可知,两个反应都是气体分子数增加的吸热反应,故两个反应在不同温度下的ΔH和Δn都大于零,故D正确。4.下列说法不正确的是 ()A.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据B.反应NH4HCO3(s)NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)ΔHkJ·mol1能自发进行,原因是体系有自发向混乱度增加的方向进行的倾向H<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行D.在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂可以改变化学反应速率4.A[解析]化学反应的焓变和熵变共同决定反应方向,A项错误;该反应的焓变大于0、熵变大于0,根据ΔG=ΔHTΔS<0能自发进行可判断,自发进行的原因是体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向,B项正确;根据ΔG=ΔHTΔS<0能自发进行可判断,ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行,C项正确;在其他外界条件不变的情况下,使用催化剂可以改变反应活化能从而改变化学反应速率,D项正确。5.[2022·浙江绍兴诸暨二模]假定X2与Y2都是理想气体(气体本身不占体积,不考虑气体间相互作用,不考虑碰撞能量损失),在如图1所示的过程中,下列说法正确的是 ()图1A.若X2、Y2均为O2,则ΔS>0,混合过程自发进行B.若X2、Y2均为O2,则ΔS<0,混合过程不自发C.若X2、Y2分别为N2与O2,则ΔS>0,混合过程自发进行D.若X2、Y2分别为N2与O2,则ΔS<0,混合过程不自发5.C[解析]若X2、Y2均为O2,混合前后气体浓度、分压、温度均相同,则ΔS=0,混合过程自发进行,A、B错误;若X2、Y2分别为N2与O2,混合前后气体温度均相同,但浓度、分压均减小,则ΔS>0,混合过程自发进行,C正确,D错误。6.硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+12O2(g)SO3(g)ΔH=98kJ·mol1。研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为v=kαα'-10.8(1nα'),式中:k为反应速率常数,随温度t升高而增大;α为SO2平衡转化率,α'为某时刻SO2转化率,n为常数。在α时,将一系列温度下的k、α值代入上述速率方程,得到的vt曲线如图2所示。下列说法正确的是图2A.该反应在任何温度下都能自发molSO2与足量O2充分反应,放出的热量为98kJC.升高温度,能增大单位体积内活化分子百分数和活化分子数D.反应速率先随温度的升高而增大,原因是温度升高导致k、α均增大6.C[解析]该反应焓变ΔH<0,反应前后气体分子数减少,熵变ΔS<0,依据ΔG=ΔHTΔS<0反应能自发进行可知,该反应在低温条件下自发进行,A错误;二氧化硫与氧气反应为可逆反应,1molSO2与足量氧气充分反应,放出的热量小于98kJ,B错误;升高温度,活化分子数增加,单位体积内活化分子百分数增加,C正确;升高温度,反应速率常数增大,该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,二氧化硫平衡转化率降低,反应速率先随温度的升高而增大,原因是温度升高导致k增大对v的提高大于α引起的降低,D错误。7.下列有关叙述中正确的是 ()选项化学反应方程式已知条件预测AM(s)X(g)+Y(s)ΔH>0它是非自发反应BW(s)+xG(g)2Q(g)ΔH<0,自发反应x可能等于1、2、3C4X(g)+5Y(g)4W(g)+6G(g)能自发反应ΔH一定小于0D4M(s)+N(g)+2W(l)4Q(s)常温下,自发进行ΔH>07.B[解析]该反应中固体分解生成气体和固体,则该反应熵增加,且为吸热反应,则有ΔH>0,ΔS>0,当温度升高时,使ΔHTΔS<0,该反应能自发进行,A错误。该反应的ΔH<0,若为熵增加反应,任何温度下都能自发进行;若为熵减反应,在低温下能自发进行,故x可能等于1、2、3,B正确。该反应为熵增反应,即ΔS>0,当ΔH<0时,在任何温度下均能自发进行;当ΔH>0时,高温下可自发进行,C错误。该反应为熵减反应,常温下能自发进行,说明该反应一定是放热反应,则有ΔH<0,D错误。考点二反应条件的调控8.图3为工业合成氨的流程图,下列有关说法不正确的是 ()图3A.步骤①中“净化”可以防止催化剂“中毒”B.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以增大反应速率C.步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率D.液态NH3除可生产化肥外,还可作制冷剂8.C[解析]步骤①中“净化”可以除去原料气中的杂质气体,防止杂质气体降低催化剂的催化效果,A项正确;合成氨反应是气体分子数减小的反应,则步骤②中“加压”可使平衡正向移动,可提高原料转化率,增大压强,可以使反应物浓度增大,则可增大反应速率,B项正确;步骤③为“催化反应”,催化剂只能改变反应速率,不能使平衡发生移动,并且该反应为放热反应,高温不利于提高平衡转化率,故不能提高平衡转化率,C项错误;氨是制备氮肥的原料,液氨汽化时吸收大量热,使周围温度急剧降低,可以作为制冷剂,D项正确。9.NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2而除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管,NH3的转化率、生成N2的选择性[2n生成(N2图4下列说法正确的是 ()A.其他条件不变,升高温度,NH3的平衡转化率增大B.其他条件不变,在175~300℃范围,随温度的升高,出口处N2和氮氧化物的量均不断增大C.催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250℃D.高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂9.D[解析]NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应,根据勒夏特列原理,升高温度,平衡向逆反应方向移动,氨气的平衡转化率降低,故A错误;根据图像,在225~300℃范围,随温度的升高,生成N2的选择性降低,NH3的转化率基本不变,则产生氮气的量减少,故B错误;根据图像,温度高于250℃,N2的选择性降低,且氨气的转化率变化并不大,浪费能源,根据图像,温度应略小于225℃,此时氨气的转化率、氮气的选择性较大,故C错误;氮气对环境无污染,氮氧化物污染环境,因此高效除去尾气中的NH3,需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂,故D正确。10.某课题组利用碳氨液[(NH4)2CO3、NH3·H2O]从辉铜矿石(主要成分为Cu2S)中直接浸取铜并制取铜盐,其过程如图5所示。图5其反应机理如下:①Cu2S(s)2Cu+(aq)+S2(aq)(快反应)②4Cu++O2+2H2O4Cu2++4OH(慢反应)③Cu2++4NH3·H2O[Cu(NH3)4]2++4H2O(快反应)下列说法正确的是 ()A.通入热的空气可以加快铜的浸出率,温度越高,浸出率越大B.浸出装置发生的反应中,热空气的作用是作氧化剂,[Cu(NH3)4]2+是还原产物C.在浸出装置中加入适量的(NH4)2S2O8,使平衡①②正向移动,铜的浸出率增大D.提高铜的浸出率的关键因素是提高反应②的速率,原因是反应②的活化能比反应①③的小10.C[解析]温度太高,会造成碳酸铵或一水合氨分解,铜的浸出率反而降低,A错误;反应中氧气为氧化剂,[Cu(NH3)4]2+是氧化产物,B错误;S2O82-可氧化S2且铵根离子可以结合氢氧根离子,使平衡①②反应正向移动,C正确;反应②的活化能比反应①③的大,11.氨氮(NH4+)废水造成水体富营养化,必须脱除才能排放Ⅰ.化学沉淀法:(1)向含有氨氮的废水中添加Na2HPO4·12H2O和MgCl2·6H2O,发生反应生成MgNH4PO4·6H2O沉淀,写出该反应的离子方程式:

。

(2)为探究溶液酸碱性对氨氮脱除效果的影响,室温下配制氨氮废水[c(NH4+)=c(Mg2+)=c(PO43-)=1×103mol·L1],对该废水进行pH与氨氮脱除效果影响的实验研究图6①氨氮脱除效果最佳的pH范围是。

a.6~7b.8~10c.10~12②pH<7氨氮脱除率较低的原因是

,pH>10造成氨氮脱除率随pH增大而减小的可能原因是

。

Ⅱ.氧化法:(3)NO和NH3在有氧条件及催化剂作用下发生反应:4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)ΔH<0,当温度升高到550~700℃时,NO转化率明显下降,NO2产率明显上升,可能原因是

。

11.(1)Mg2++NH4++HPO42-+6H2OMgNH4PO4·6H2O(2)①b②pH<7时,部分HPO42-更多地转化为H2PO4-,导致c(PO43-)减小,结合NH4+、Mg2+生成的沉淀减少pH>10时,HPO42-与OH反应生成PO43-,PO43-与Mg2+结合生成难溶的Mg3(PO4)2,Mg2+与OH反应生成难溶的Mg(OH)2;NH4+与OH反应生成NH3·H2(3)当温度升高到550~700℃时,平衡逆移,导致NO转化率下降,同时NH3在催化剂作用下与O2反应转化为NO2[解析]Ⅰ.(1)向含有氨氮的废水中添加Na2HPO4·12H2O和MgCl2·6H2O,发生复分解反应,生成MgNH4PO4·6H2O沉淀,反应离子方程式为Mg2++NH4++HPO42-+6H2OMgNH4PO4·6H2O↓+H+。(2)①当溶液pH适当增大时,除氨氮反应的平衡正向移动,当溶液中OH浓度增大至更高时,NH4+会与OH反应,使得氨氮去除率下降,由图可知,氨氮脱除效果最佳的pH范围是8~10。②Na2HPO4·12H2O在溶液中完全电离出HPO42-,HPO42-属于弱酸根离子,能与H+反应,同时也能与OH反应生成PO43-,Mg2+能与PO43-和OH反应生成难溶物,pH<7氨氮脱除率较低的原因是pH<7时,部分HPO42-更多地转化为H2PO4-,导致c(PO43-)减小,结合NH4+、Mg2+生成的沉淀减少。pH>10时,HPO42-与OH反应生成PO43-,PO43-与Mg2+结合生成难溶的Mg3(PO4)2,Mg2+与OH反应生成难溶的Mg(OH)2Ⅱ.(3)4NO(g)+4NH3(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)ΔH<0,当温度升高至一定范围后,平衡逆向移动,同时NH3能被O2氧化转化为NO2,因此当温度升高到550~700℃时,NO转化率明显下降,NO2产率明显上升。考点三化学反应的方向与调控综合应用12.回答下列问题:(1)用钌的配合物作催化剂,一定条件下可直接光催化分解CO2,发生反应:2CO2(g)2CO(g)+O2(g),该反应的ΔH(填“>”“<”或“=”)0,ΔS(填“>”“<”或“=”)0,在低温下,该反应(填“能”或“不能”)自发进行。

(2)已知在100kPa、298K时石灰石分解反应CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的ΔH>0,ΔS>0,则:①该反应常温下(填“能”或“不能”)自发进行。

②据本题反应数据分析,温度(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。

(3)已知CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)ΔH=+218kJ·mol1,该反应能够自发进行的反应条件是(填“高温”或“低温”)。

(4)某吸热反应能自发进行,则该反应的ΔS(填“>”或“<”)0。

12.(1)>>不能(2)①不能②能(3)高温(4)>[解析](1)由于CO燃烧生成CO2为放热反应,则CO2分解生成CO和O2为吸热反应,ΔH>0,根据反应式可知,ΔS>0,故低温下ΔHTΔS>0,反应不能自发进行。(2)①常温下石灰石不分解,ΔH>0,ΔS>0,ΔHTΔS在常温下大于0,不能自发进行。②根据ΔHTΔS<0时反应自发进行,已知ΔH>0,ΔS>0,则高温下该反应能自发进行,常温下不能自发进行,升高温度可自发进行,温度能成为反应方向的决定因素。(3)根据ΔHTΔS<0,已知该反应ΔS>0,ΔH>0,则高温时能自发进行。(4)已知某吸热反应能自发进行,即ΔHTΔS<0,ΔH>0,则ΔS>0。13.[2022·浙江东阳模拟]CO催化转化反应是一类广泛应用于工业生产和理论研究的重要反应。(1)使用固体催化剂消除汽车尾气中的CO、NO等污染物,机理如下[其中Cat(s)表示催化剂,*表示吸附态]:Ⅰ.NO+Cat(s)NO*Ⅱ.CO+Cat(s)CO*Ⅲ.NO*N*+O*Ⅳ.CO*+O*CO2+Cat(s)Ⅴ.N*+N*N2+Cat(s)Ⅵ.NO*+N*N2O+Cat(s)经测定汽车尾气中反应物及生成物浓度随温度变化关系如图7甲:图7①如图甲,温度为330℃时发生的反应中,限度最大的为(填“Ⅳ”“Ⅴ”或“Ⅵ”)。

②气体在Cat(s)表面反应,吸附和解吸同时影响总反应速率。恒温时,2NO+2CON2+2CO2的反应速率随压强的变化如图乙所示。试解释bc段变化趋势的原因:

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③研究发现,Ca+能催化CO与N2O反应以消除两者的污染,第一步是Ca+先变成CaO+。请用两个方程式表示该催化反应历程,步骤Ⅰ:;步骤Ⅱ:。

(2)向容器中充入molH2和molCO制备CH3OH:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)ΔH<0,若容器恒定温度和压强,H2的平衡转化率(%)如图丙所示(虚线表示没有测定该条件下的数据)。①图丙中若T1<T2<T3,则p1、p2、p3由大到小的顺序为,理由是

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②T2℃下,该反应的压强平衡常数Kp为(MPa)2[压强平衡常数可以用反应体系中气体物质的分压表示,p(H2)=p总×x(H2)]。

③恒温恒容下,向平衡后体系中再通入mo