高中化學(xué)魯科版化學(xué)反應(yīng)原理第二章化學(xué)反應(yīng)的方向限度與速率單元測(cè)試 第二章第一節(jié)

一、反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向1．自發(fā)過(guò)程。(1)概念：在溫度和壓強(qiáng)一定的條件下，不借助外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程。(2)特點(diǎn)：具有方向性，即過(guò)程的某個(gè)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(yīng)焓變與反應(yīng)方向的關(guān)系。(1)能自發(fā)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)多數(shù)是放熱反應(yīng)。(2)有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。結(jié)論：反應(yīng)焓變與反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。1．放熱反應(yīng)(ΔH＜0)具有自發(fā)進(jìn)行的傾向，吸熱反應(yīng)一定沒(méi)有自發(fā)進(jìn)行的傾向，你覺(jué)得此說(shuō)法是否正確？說(shuō)明理由。答案：此說(shuō)法不正確。有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進(jìn)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(yīng)是否可自發(fā)進(jìn)行。二、反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向1．熵。(1)概念：衡量體系混亂度的物理量，其符號(hào)為S，單位為J·mol－1·K－1。(2)特點(diǎn)：混亂度越大，體系越無(wú)序，體系的熵值就越大。(3)影響因素。①同一物質(zhì)：S(高溫)＞S(低溫)；S(g)＞S(l)＞S(s)。②相同條件下的不同物質(zhì)：相同條件下不同物質(zhì)具有不同的熵值，分子結(jié)構(gòu)越復(fù)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(kuò)散以及氣體的擴(kuò)散過(guò)程都是體系混亂度增大的過(guò)程，即熵增加的過(guò)程。2．熵變。(1)概念：反應(yīng)產(chǎn)物總熵與反應(yīng)物總熵之差。(2)計(jì)算式：ΔS＝∑S(反應(yīng)產(chǎn)物)－∑S(反應(yīng)物)。(3)正負(fù)判斷依據(jù)。①物質(zhì)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(guò)程，熵變?yōu)檎?，是熵增加的過(guò)程。②氣體的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)，反應(yīng)熵變的數(shù)值通常都是正值，是熵增加的反應(yīng)。③氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，反應(yīng)熵變的數(shù)值通常都是負(fù)值，是熵減小的反應(yīng)。3．熵變與反應(yīng)方向。(1)熵增加有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。(2)某些熵減小的反應(yīng)在一定條件下也能自發(fā)進(jìn)行。(3)反應(yīng)熵變是反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行有關(guān)的因素之一，但不是唯一因素。三、焓變與熵變對(duì)反應(yīng)方向的共同影響1．化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)。在溫度和壓力一定的條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH－TΔS<0的方向進(jìn)行，直至反應(yīng)達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)即：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(ΔH－TΔS<0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,ΔH－TΔS＝0，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),ΔH－TΔS>0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行))2．對(duì)反應(yīng)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(yīng)一定能夠自發(fā)進(jìn)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(yīng)一定不能自發(fā)進(jìn)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(dāng)焓變和熵變的影響相反時(shí)，如果二者大小相差懸殊，可能是某一因素占主導(dǎo)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(duì)反應(yīng)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(shí)熵變對(duì)反應(yīng)起決定性作用(以上反應(yīng)均在常溫下進(jìn)行)。(4)當(dāng)焓變與熵變的影響相反且相差不大時(shí)，溫度有可能對(duì)反應(yīng)的方向起決定性作用。3．溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系圖為：答案：eq\x(活)eq\x(學(xué))eq\x(活)eq\x(用)1．灰錫結(jié)構(gòu)松散，不能用于制造器皿；而白錫結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可以制造器皿。現(xiàn)把白錫制造的器皿放在0℃、100kPa的室內(nèi)存放，它會(huì)不會(huì)變成灰錫而不能繼續(xù)使用(已知在0℃、100kPa條件下，白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的反應(yīng)，焓變和熵變分別為ΔH＝－2J·mol－1，ΔS＝－J·mol－1·K－1)(A)A．會(huì)變B．不會(huì)變C．不能確定D．升高溫度才會(huì)變解析：在等溫等壓條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向著ΔH－TΔS＜0的方向進(jìn)行，直至平衡狀態(tài)。在0℃、100kPa條件下，白錫會(huì)不會(huì)變?yōu)榛义a就轉(zhuǎn)化為求算反應(yīng)白錫、灰錫ΔH－TΔS的問(wèn)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(qiáng)下白錫會(huì)變?yōu)榛义a。2．下列說(shuō)法正確的是(A)A．常溫下，反應(yīng)C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)不能自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)的ΔH＞0B．一定溫度下，反應(yīng)MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0，ΔS<0C．放熱的自發(fā)過(guò)程，一定是熵增加的過(guò)程D．液態(tài)水可自發(fā)揮發(fā)成水蒸氣的過(guò)程是熵減的過(guò)程解析：反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行的判據(jù)為ΔH－TΔS＞0，A選項(xiàng)由方程式得ΔS＞9，則ΔH＞0，故A項(xiàng)正確；B選項(xiàng)反應(yīng)中氣體分子數(shù)增加，ΔS＞0，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；C選項(xiàng)中ΔH<0,ΔS也可能大于0，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；D選項(xiàng)液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)是熵增加的過(guò)程，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。1．過(guò)程的自發(fā)性的作用是(A)A．判斷過(guò)程的方向B．確定過(guò)程是否一定會(huì)發(fā)生C．判斷過(guò)程發(fā)生的速率D．判斷過(guò)程的熱效應(yīng)解析：反應(yīng)過(guò)程的自發(fā)性用于判斷反應(yīng)過(guò)程的方向。2．(雙選)下列反應(yīng)中，熵顯著增加的反應(yīng)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(gè)化學(xué)反應(yīng)能夠進(jìn)行，從熵變化角度來(lái)講一般是增加的，熵增加的標(biāo)志是反應(yīng)中分子數(shù)增加，特別是氣態(tài)分子數(shù)增多。A項(xiàng)中分子數(shù)由3→1，B項(xiàng)中分子數(shù)由無(wú)→1，C項(xiàng)中分子數(shù)不變，D項(xiàng)中分子數(shù)由無(wú)→1。3．已知反應(yīng)CO(g)=C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)的ΔH為正值，ΔS為負(fù)值。該ΔH與ΔS不隨溫度而變，下列說(shuō)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(shuō)法正確的是(C)A．凡是放熱反應(yīng)都是自發(fā)的，凡是吸熱反應(yīng)都是非自發(fā)的B．自發(fā)反應(yīng)一定是熵增大，非自發(fā)反應(yīng)一定是熵減小或不變C．自發(fā)反應(yīng)在恰當(dāng)條件下才能實(shí)現(xiàn)D．自發(fā)反應(yīng)在任何條件下都能實(shí)現(xiàn)解析：放熱反應(yīng)常常是容易進(jìn)行的過(guò)程，吸熱反應(yīng)有些也是自發(fā)反應(yīng)，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；自發(fā)反應(yīng)的熵不一定增大，可能減小，也可能不變，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；過(guò)程的自發(fā)性只能用于判斷過(guò)程的方向，是否能實(shí)現(xiàn)還要看具體的條件，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。5．能源是人類生存和發(fā)展的重要支柱。研究化學(xué)反應(yīng)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(xué)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(wèn)題：(1)向上述反應(yīng)中屬于放熱反應(yīng)的是________(填序號(hào))。(2)蓋斯定律在生產(chǎn)和科學(xué)研究中具有很重要的意義。有些反應(yīng)的反應(yīng)熱雖然很難直接測(cè)量，但可通過(guò)間接的方法求得。根據(jù)以上反應(yīng)的ΔH值求出反應(yīng)C(s)＋H2O(g)=H2(g)＋CO(g)的ΔH＝________。(3)(2)中反應(yīng)的熵ΔS______0(選填“＞”“＝”或“＜”)；又已知：ΔG＝ΔH－TΔS(T指溫度)，當(dāng)ΔG＜0時(shí)可自發(fā)進(jìn)行，則該反應(yīng)在什么條件下可自發(fā)進(jìn)行？________。解析：(1)由ΔH<0時(shí)為放熱反應(yīng)可知，①②③④為放熱反應(yīng)；(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(yīng)吸熱，且氣體分子數(shù)增加，ΔS＞0，則反應(yīng)在高溫條件下能自發(fā)進(jìn)行。答案：(1)①②③④(2)kJ·mol－1(3)＞高溫6．已知反應(yīng)：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(yīng)________(填“能”或“不能”)用于消除汽車尾氣中的NO，理由為_(kāi)_______________。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(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。答案：能該反應(yīng)的ΔH－TΔS＝－kJ·mol－1<0，說(shuō)明該反應(yīng)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(guò)程屬于熵增加的是(AB)A．固體的溶解過(guò)程B．氣體擴(kuò)散過(guò)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(guò)程、氣體的擴(kuò)散過(guò)程都是體系混亂度增加的過(guò)程，即熵增加的過(guò)程。2．對(duì)于溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系，下列判斷不正確的是(B)A．ΔH<0，ΔS>0，所有溫度下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行B．ΔH>0，ΔS>0，所有溫度下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行C．ΔH<0，ΔS<0，低溫度下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行D．ΔH>0，ΔS<0，所有溫度下反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行解析：ΔH＞0，ΔS＞0則反應(yīng)在高溫條件下能自發(fā)進(jìn)行故B說(shuō)法不正確。3．下列關(guān)于冰融化為水的過(guò)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(shí)驗(yàn)證明，多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。下列對(duì)此說(shuō)法的理解的敘述中，正確的是(C)A．所有的放熱反應(yīng)都是自發(fā)進(jìn)行的B．所有的自發(fā)反應(yīng)都是放熱的C．焓變是影響反應(yīng)是否具有自發(fā)性的一種重要因素D．焓變是決定反應(yīng)是否具有自發(fā)性的判據(jù)解析：多數(shù)能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，并不是所有自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，因此說(shuō)焓變是影響反應(yīng)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(guān)于焓判據(jù)和熵判據(jù)的說(shuō)法中，不正確的是(D)A．放熱的自發(fā)過(guò)程可能是熵減小的過(guò)程，吸熱的自發(fā)過(guò)程一定為熵增加的過(guò)程B．由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復(fù)合判據(jù)，將更適合于所有的過(guò)程C．在室溫下碳酸鈣的分解反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，但同樣是這個(gè)吸熱反應(yīng)在較高溫度(1200K)下則能自發(fā)進(jìn)行D．放熱過(guò)程(ΔH<0)或熵增加(ΔS>0)的過(guò)程一定是自發(fā)的解析：焓判據(jù)和熵判據(jù)都不全面，應(yīng)采用復(fù)合判據(jù)ΔG＝ΔH－TΔS，對(duì)于CaCO3分解的反應(yīng)是一個(gè)ΔH>0而ΔS>0的反應(yīng)，所以只有在較高溫度下，ΔG＝ΔH－TΔS<0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。6．某化學(xué)反應(yīng)的ΔH＝122kJ·mol－1，ΔS＝231J·mol－1·K－1，則此反應(yīng)在下列哪種情況下可自發(fā)進(jìn)行(C)A．在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行B．在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行C．僅在高溫下自發(fā)進(jìn)行D．僅在低溫下自發(fā)進(jìn)行解析：當(dāng)ΔH－TΔS＜0時(shí)反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，由于該反應(yīng)的ΔH、ΔS均為正值，則只有在高溫時(shí)ΔH－TΔS才可能為負(fù)值，反應(yīng)才可自發(fā)進(jìn)行。7．對(duì)于平衡體系mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，下列結(jié)論正確的是(B)A．若此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則該反應(yīng)在任何條件下均可自發(fā)進(jìn)行B．若m＋n＜p＋q，則此反應(yīng)的ΔS＞0C．根據(jù)ΔH－TΔS，若此反應(yīng)的ΔH＞0，ΔS＜0，則該反應(yīng)在任何條件下均可自發(fā)進(jìn)行D．該反應(yīng)無(wú)論m＋n與p＋q大小如何，均是熵值增加的過(guò)程解析：放熱的熵增反應(yīng)才能在任何條件下自發(fā)進(jìn)行，A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體分子數(shù)增加，ΔS＞0，故B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。8．判斷下列反應(yīng)的熵值的變化，在每小題后面的橫線上填上“增加”“減小”或“無(wú)明顯變化”。(1)2H2(g)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2H2O(1)________。(2)H2(g)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2HCl(g)________。(3)(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)＋NH3(g)________。(4)Cu(s)＋Cl2(g)eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)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(shí)，看物質(zhì)的量的多少，物質(zhì)的量越多，熵值越大。答案：(1)減小(2)無(wú)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(shí)的氧化產(chǎn)物是以CO為主，低于980K時(shí)以CO2為主。已知2CO(g)CO2(g)＋C(s)，T＝980K時(shí)，ΔH－TΔS＝0。當(dāng)體系溫度低于980K時(shí)，估計(jì)ΔH－TΔS的正負(fù)符號(hào)為_(kāi)_______；當(dāng)體系溫度高于980K時(shí)，ΔH－TΔS的正負(fù)符號(hào)為_(kāi)_______。解析：溫度高于980K時(shí)C的氧化產(chǎn)物是以CO為主，說(shuō)明反應(yīng)2CO(g)CO2(g)＋C(s)逆向進(jìn)行，因此，當(dāng)體系溫度高于980K時(shí)，ΔH－TΔS的正負(fù)符號(hào)為正，溫度低于980K時(shí)C的氧化產(chǎn)物是以CO2為主，說(shuō)明反應(yīng)2CO(g)CO2(g)＋C(s)正向進(jìn)行，因此，當(dāng)體系溫度低于980K時(shí)，ΔH－TΔS的正負(fù)符號(hào)為負(fù)。答案：負(fù)正10．(1)化學(xué)反應(yīng)：CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH(298K)＝kJ·mol－1，ΔS(298K)＝J·mol－1·K－1，常溫下該反應(yīng)________(選填“