高中化學魯科版化學反應原理第二章化學反應的方向限度與速率單元測試 第二章第一節(jié)

一、反應焓變與反應方向1．自發(fā)過程。(1)概念：在溫度和壓強一定的條件下，不借助外部力量就能自動進行的過程。(2)特點：具有方向性，即過程的某個方向在一定條件下是自發(fā)的，而其逆方向在該條件下肯定不自發(fā)。2．反應焓變與反應方向的關系。(1)能自發(fā)進行的化學反應多數(shù)是放熱反應。(2)有些吸熱反應也能自發(fā)進行。結論：反應焓變與反應能否自發(fā)進行有關，但不是決定反應能否自發(fā)進行的唯一因素。1．放熱反應(ΔH＜0)具有自發(fā)進行的傾向，吸熱反應一定沒有自發(fā)進行的傾向，你覺得此說法是否正確？說明理由。答案：此說法不正確。有些吸熱反應也可以自發(fā)進行，如：N2O5(g)=N2O4(g)＋O2(g)ΔH＝＋kJ/mol，不能單純用焓判據(jù)判斷某反應是否可自發(fā)進行。二、反應熵變與反應方向1．熵。(1)概念：衡量體系混亂度的物理量，其符號為S，單位為J·mol－1·K－1。(2)特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就越大。(3)影響因素。①同一物質：S(高溫)＞S(低溫)；S(g)＞S(l)＞S(s)。②相同條件下的不同物質：相同條件下不同物質具有不同的熵值，分子結構越復雜，熵值越大。③S(混合物)＞S(純凈物)。如固體的溶解、水的汽化、墨水在水中的擴散以及氣體的擴散過程都是體系混亂度增大的過程，即熵增加的過程。2．熵變。(1)概念：反應產物總熵與反應物總熵之差。(2)計算式：ΔS＝∑S(反應產物)－∑S(反應物)。(3)正負判斷依據(jù)。①物質由固態(tài)到液態(tài)、由液態(tài)到氣態(tài)或由固態(tài)到氣態(tài)的過程，熵變?yōu)檎担庆卦黾拥倪^程。②氣體的物質的量增大的反應，反應熵變的數(shù)值通常都是正值，是熵增加的反應。③氣體的物質的量減小的反應，反應熵變的數(shù)值通常都是負值，是熵減小的反應。3．熵變與反應方向。(1)熵增加有利于反應的自發(fā)進行。(2)某些熵減小的反應在一定條件下也能自發(fā)進行。(3)反應熵變是反應能否自發(fā)進行有關的因素之一，但不是唯一因素。三、焓變與熵變對反應方向的共同影響1．化學反應方向的判據(jù)。在溫度和壓力一定的條件下，自發(fā)反應總是向ΔH－TΔS<0的方向進行，直至反應達化學平衡狀態(tài)即：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(ΔH－TΔS<0，反應能自發(fā)進行,ΔH－TΔS＝0，反應達到平衡狀態(tài),ΔH－TΔS>0，反應不能自發(fā)進行))2．對反應方向判據(jù)的討論。(1)在溫度、壓力一定的條件下，放熱的熵增加的反應一定能夠自發(fā)進行。如：2KClO3(s)=2KCl(s)＋3O2(g)ΔH＝－kJ·mol－1，ΔS＝J·mol－1·K－1。(2)在溫度、壓力一定的條件下，吸熱的熵減少的反應一定不能自發(fā)進行。如：CO(g)=C(s，石墨)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝kJ·mol－1，ΔS＝－J·mol－1·K－1。(3)當焓變和熵變的影響相反時，如果二者大小相差懸殊，可能是某一因素占主導地位。例如：4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔH＝－kJ·mol－1，ΔS＝－J·mol－1·K－1焓變對反應的方向起決定性的作用。再如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)=CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)ΔH＝kJ·mol－1ΔS＝J·mol－1·K－1，則ΔH－TΔS<0，此時熵變對反應起決定性作用(以上反應均在常溫下進行)。(4)當焓變與熵變的影響相反且相差不大時，溫度有可能對反應的方向起決定性作用。3．溫度與反應方向的關系圖為：答案：eq\x(活)eq\x(學)eq\x(活)eq\x(用)1．灰錫結構松散，不能用于制造器皿；而白錫結構堅固，可以制造器皿?，F(xiàn)把白錫制造的器皿放在0℃、100kPa的室內存放，它會不會變成灰錫而不能繼續(xù)使用(已知在0℃、100kPa條件下，白錫轉化為灰錫的反應，焓變和熵變分別為ΔH＝－2J·mol－1，ΔS＝－J·mol－1·K－1)(A)A．會變B．不會變C．不能確定D．升高溫度才會變解析：在等溫等壓條件下，自發(fā)反應總是向著ΔH－TΔS＜0的方向進行，直至平衡狀態(tài)。在0℃、100kPa條件下，白錫會不會變?yōu)榛义a就轉化為求算反應白錫、灰錫ΔH－TΔS的問題。ΔH－TΔS＝－2J·mol－1－274K×(－J·mol－1·K－1)＝－J·mol－1＜0，因此在此溫度和壓強下白錫會變?yōu)榛义a。2．下列說法正確的是(A)A．常溫下，反應C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)不能自發(fā)進行，則該反應的ΔH＞0B．一定溫度下，反應MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0，ΔS<0C．放熱的自發(fā)過程，一定是熵增加的過程D．液態(tài)水可自發(fā)揮發(fā)成水蒸氣的過程是熵減的過程解析：反應不能自發(fā)進行的判據(jù)為ΔH－TΔS＞0，A選項由方程式得ΔS＞9，則ΔH＞0，故A項正確；B選項反應中氣體分子數(shù)增加，ΔS＞0，故B項錯誤；C選項中ΔH<0,ΔS也可能大于0，故C項錯誤；D選項液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)是熵增加的過程，故D項錯誤。1．過程的自發(fā)性的作用是(A)A．判斷過程的方向B．確定過程是否一定會發(fā)生C．判斷過程發(fā)生的速率D．判斷過程的熱效應解析：反應過程的自發(fā)性用于判斷反應過程的方向。2．(雙選)下列反應中，熵顯著增加的反應是(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：一個化學反應能夠進行，從熵變化角度來講一般是增加的，熵增加的標志是反應中分子數(shù)增加，特別是氣態(tài)分子數(shù)增多。A項中分子數(shù)由3→1，B項中分子數(shù)由無→1，C項中分子數(shù)不變，D項中分子數(shù)由無→1。3．已知反應CO(g)=C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)的ΔH為正值，ΔS為負值。該ΔH與ΔS不隨溫度而變，下列說法中正確的是(D)A．低溫下是自發(fā)變化B．高溫下是自發(fā)變化C．低溫下是非自發(fā)變化，高溫下是自發(fā)變化D．任何溫度下都是非自發(fā)變化解析：由eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(ΔH－TΔS,ΔH>0,ΔS<0))知ΔH－TΔS>0，且隨溫度升高而增加。4．下列說法正確的是(C)A．凡是放熱反應都是自發(fā)的，凡是吸熱反應都是非自發(fā)的B．自發(fā)反應一定是熵增大，非自發(fā)反應一定是熵減小或不變C．自發(fā)反應在恰當條件下才能實現(xiàn)D．自發(fā)反應在任何條件下都能實現(xiàn)解析：放熱反應常常是容易進行的過程，吸熱反應有些也是自發(fā)反應，故A項錯誤；自發(fā)反應的熵不一定增大，可能減小，也可能不變，故B項錯誤；過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，是否能實現(xiàn)還要看具體的條件，故D項錯誤。5．能源是人類生存和發(fā)展的重要支柱。研究化學反應中的能量變化在能源緊缺的今天具有很重要的意義。已知下列熱化學方程式：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回答下列問題：(1)向上述反應中屬于放熱反應的是________(填序號)。(2)蓋斯定律在生產和科學研究中具有很重要的意義。有些反應的反應熱雖然很難直接測量，但可通過間接的方法求得。根據(jù)以上反應的ΔH值求出反應C(s)＋H2O(g)=H2(g)＋CO(g)的ΔH＝________。(3)(2)中反應的熵ΔS______0(選填“＞”“＝”或“＜”)；又已知：ΔG＝ΔH－TΔS(T指溫度)，當ΔG＜0時可自發(fā)進行，則該反應在什么條件下可自發(fā)進行？________。解析：(1)由ΔH<0時為放熱反應可知，①②③④為放熱反應；(2)將③－②可得C(s)＋H2O(g)＝H2(g)＋CO(g)ΔH＝(－kJ/mol)－(－242kJ/mol)＝＋kJ/mol；(3)該反應吸熱，且氣體分子數(shù)增加，ΔS＞0，則反應在高溫條件下能自發(fā)進行。答案：(1)①②③④(2)kJ·mol－1(3)＞高溫6．已知反應：2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在298K、101kPa的條件下，其中ΔH＝－kJ·mol－1，ΔS＝－J·mol－1·K－1。該反應________(填“能”或“不能”)用于消除汽車尾氣中的NO，理由為________________。解析：ΔG＝ΔH－TΔS＝－kJ·mol－1－298K×(－×10－3kJ·mol－1·K－1)＝－kJ·mol－1<0，故理論上該反應能自發(fā)進行。答案：能該反應的ΔH－TΔS＝－kJ·mol－1<0，說明該反應在理論上是可行的，所以有可能用于消除汽車尾氣中的NO1．(雙選)下列過程屬于熵增加的是(AB)A．固體的溶解過程B．氣體擴散過程C．水蒸氣變?yōu)橐簯B(tài)水D．CO(g)＋2H2O(g)=CH3OH(g)＋O2(g)解析：固體的溶解過程、氣體的擴散過程都是體系混亂度增加的過程，即熵增加的過程。2．對于溫度與反應方向的關系，下列判斷不正確的是(B)A．ΔH<0，ΔS>0，所有溫度下反應自發(fā)進行B．ΔH>0，ΔS>0，所有溫度下反應自發(fā)進行C．ΔH<0，ΔS<0，低溫度下反應自發(fā)進行D．ΔH>0，ΔS<0，所有溫度下反應不能自發(fā)進行解析：ΔH＞0，ΔS＞0則反應在高溫條件下能自發(fā)進行故B說法不正確。3．下列關于冰融化為水的過程判斷正確的是(C)A．ΔH>0，ΔS<0B．ΔH<0，ΔS>0C．ΔH>0，ΔS>0D．ΔH<0，ΔS<0解析：冰融化為水，吸收熱量，所以ΔH>0，冰的熵值低于水的，因此ΔS>0。4．實驗證明，多數(shù)能自發(fā)進行的反應都是放熱反應。下列對此說法的理解的敘述中，正確的是(C)A．所有的放熱反應都是自發(fā)進行的B．所有的自發(fā)反應都是放熱的C．焓變是影響反應是否具有自發(fā)性的一種重要因素D．焓變是決定反應是否具有自發(fā)性的判據(jù)解析：多數(shù)能自發(fā)進行的反應都是放熱反應，并不是所有自發(fā)進行的反應都是放熱反應，因此說焓變是影響反應是否具有自發(fā)性的一種重要因素，但不是唯一因素。5．下列關于焓判據(jù)和熵判據(jù)的說法中，不正確的是(D)A．放熱的自發(fā)過程可能是熵減小的過程，吸熱的自發(fā)過程一定為熵增加的過程B．由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復合判據(jù)，將更適合于所有的過程C．在室溫下碳酸鈣的分解反應不能自發(fā)進行，但同樣是這個吸熱反應在較高溫度(1200K)下則能自發(fā)進行D．放熱過程(ΔH<0)或熵增加(ΔS>0)的過程一定是自發(fā)的解析：焓判據(jù)和熵判據(jù)都不全面，應采用復合判據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS，對于CaCO3分解的反應是一個ΔH>0而ΔS>0的反應，所以只有在較高溫度下，ΔG＝ΔH－TΔS<0，反應自發(fā)進行。6．某化學反應的ΔH＝122kJ·mol－1，ΔS＝231J·mol－1·K－1，則此反應在下列哪種情況下可自發(fā)進行(C)A．在任何溫度下都能自發(fā)進行B．在任何溫度下都不能自發(fā)進行C．僅在高溫下自發(fā)進行D．僅在低溫下自發(fā)進行解析：當ΔH－TΔS＜0時反應可以自發(fā)進行，由于該反應的ΔH、ΔS均為正值，則只有在高溫時ΔH－TΔS才可能為負值，反應才可自發(fā)進行。7．對于平衡體系mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，下列結論正確的是(B)A．若此反應為放熱反應，則該反應在任何條件下均可自發(fā)進行B．若m＋n＜p＋q，則此反應的ΔS＞0C．根據(jù)ΔH－TΔS，若此反應的ΔH＞0，ΔS＜0，則該反應在任何條件下均可自發(fā)進行D．該反應無論m＋n與p＋q大小如何，均是熵值增加的過程解析：放熱的熵增反應才能在任何條件下自發(fā)進行，A、C兩項錯誤；氣體分子數(shù)增加，ΔS＞0，故B項正確，D項錯誤。8．判斷下列反應的熵值的變化，在每小題后面的橫線上填上“增加”“減小”或“無明顯變化”。(1)2H2(g)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(點燃))2H2O(1)________。(2)H2(g)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(點燃))2HCl(g)________。(3)(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)＋NH3(g)________。(4)Cu(s)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(點燃))CuCl2(s)________。解析：判斷熵值變化的依據(jù)是同溫同壓下，氣態(tài)熵值>液態(tài)熵值>固態(tài)熵值，狀態(tài)都是氣態(tài)時，看物質的量的多少，物質的量越多，熵值越大。答案：(1)減小(2)無明顯變化(3)增加(4)減小9．在冶金工業(yè)中，以C作為還原劑溫度高于980K時的氧化產物是以CO為主，低于980K時以CO2為主。已知2CO(g)CO2(g)＋C(s)，T＝980K時，ΔH－TΔS＝0。當體系溫度低于980K時，估計ΔH－TΔS的正負符號為________；當體系溫度高于980K時，ΔH－TΔS的正負符號為________。解析：溫度高于980K時C的氧化產物是以CO為主，說明反應2CO(g)CO2(g)＋C(s)逆向進行，因此，當體系溫度高于980K時，ΔH－TΔS的正負符號為正，溫度低于980K時C的氧化產物是以CO2為主，說明反應2CO(g)CO2(g)＋C(s)正向進行，因此，當體系溫度低于980K時，ΔH－TΔS的正負符號為負。答案：負正10．(1)化學反應：CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH(298K)＝kJ·mol－1，ΔS(298K)＝J·mol－1·K－1，常溫下該反應________(選填“