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第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向基礎(chǔ)鞏固1.下列過程的方向能用焓變判斷的是()。A.濕的衣服經(jīng)過晾曬變干B.硝酸銨溶于水C.100℃時(shí)的水蒸氣凝結(jié)成水D.25℃和101kPa時(shí)2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH=+109.8kJ·mol1能自發(fā)進(jìn)行答案:C解析:濕衣服經(jīng)過晾曬變干和硝酸銨溶于水都是自發(fā)過程,該過程雖然吸收熱量,但熵值增大,A、B項(xiàng)不符合題意;100℃時(shí)水蒸氣凝結(jié)成水是自發(fā)過程,因?yàn)樵撨^程放熱,使體系能量降低,C項(xiàng)符合題意;D項(xiàng)中反應(yīng)是吸熱反應(yīng),同時(shí)又是熵增反應(yīng),D項(xiàng)不符合題意。2.NH4HCO3在室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣,下列說法正確的是()。A.NH4HCO3分解是因?yàn)樯闪藲怏w,使體系的熵增大B.NH4HCO3分解是因?yàn)橥饨缃o予了能量C.NH4HCO3分解是吸熱反應(yīng),根據(jù)焓變判據(jù)不能自發(fā)分解D.碳酸鹽都不穩(wěn)定,都能自發(fā)分解答案:A解析:NH4HCO3分解是吸熱反應(yīng),室溫下就能自發(fā)地分解產(chǎn)生氨氣,主要是因?yàn)樯闪藲怏w,使體系的熵增大?;瘜W(xué)反應(yīng)的自發(fā)性還與焓變有關(guān),不能由“NH4HCO3室溫下就能自發(fā)地分解”推測其他碳酸鹽的穩(wěn)定性,例如CaCO3室溫下很穩(wěn)定,需要高溫才能分解。3.25℃和1.01×105Pa時(shí),反應(yīng)2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH=+109.8kJ·mol1,自發(fā)進(jìn)行的原因是()。A.是吸熱反應(yīng)B.是放熱反應(yīng)C.是熵減小的反應(yīng)D.熵增效應(yīng)大于焓增效應(yīng)答案:D解析:根據(jù)熱化學(xué)方程式可知,該反應(yīng)是吸熱反應(yīng),是熵增的反應(yīng),吸熱反應(yīng)不利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,熵增反應(yīng)有利于反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,所以該反應(yīng)的熵增效應(yīng)大于焓增效應(yīng)。4.實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”的一項(xiàng)重要課題就是如何將CO2轉(zhuǎn)化為可利用的資源。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),如圖表示該反應(yīng)過程中能量(單位為kJ·mol1)的變化:下列關(guān)于該反應(yīng)的說法中,正確的是()。A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0答案:C解析:根據(jù)反應(yīng)過程中能量變化的情況可知反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,反應(yīng)放熱,ΔH<0;該反應(yīng)發(fā)生后氣體的物質(zhì)的量減小,ΔS<0。5.二氧化碳的捕捉與封存是實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要途徑之一,也是未來實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)。一些科學(xué)家利用太陽能加熱反應(yīng)器來“捕捉”空氣中的CO2(如圖所示)。下列說法中正確的是()。生石灰捕捉和封存二氧化碳的示意圖A.步驟一中將反應(yīng)器加熱到400℃,可提高CaCO3的生成速率B.步驟一中生成CaCO3的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)C.步驟一與步驟二中的反應(yīng)互為可逆反應(yīng)D.步驟二中反應(yīng)的ΔS<0答案:A解析:CaO與CO2生成CaCO3的反應(yīng)為放熱反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;生成CaCO3的反應(yīng)和CaCO3的分解反應(yīng)的反應(yīng)條件不同,兩者不互為可逆反應(yīng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;反應(yīng)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0,D項(xiàng)錯(cuò)誤。6.(1)有人根據(jù)體系存在著力圖使自身能量趨于和由變?yōu)榈淖匀滑F(xiàn)象,提出了互相關(guān)聯(lián)的判據(jù)和判據(jù),雖然這兩個(gè)判據(jù)都不能單獨(dú)使用于判斷化學(xué)反應(yīng)的方向,但為最終解決“化學(xué)反應(yīng)的方向”這一問題提供了必要的依據(jù)。
(2)在密閉條件下,體系傾向于由有序自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序,與有序體系相比,無序體系更加,科學(xué)家用來度量這種無序。
(3)判斷下列過程熵變的正負(fù)(填“>”或“<”):①少量蔗糖溶解于水中:ΔS0;
②純碳與氧氣反應(yīng)生成CO(g):ΔS0;
③液態(tài)水凝固成冰:ΔS0;
④CaCO3(s)加熱分解生成CaO(s)和CO2(g):ΔS0。
答案:(1)最低有序無序焓熵(2)穩(wěn)定熵(3)①>②>③<④>解析:(3)①蔗糖溶于水形成溶液后混亂度增大;②反應(yīng)后氣體分子數(shù)增多是熵增大的過程;③水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)是熵減小的過程;④反應(yīng)后氣體分子數(shù)增多是熵增大的過程。7.(1)將水蒸氣通過紅熱的炭即可產(chǎn)生水煤氣:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)ΔH=+131.3kJ·mol1,該反應(yīng)在常溫下(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。
(2)有人提出,可以設(shè)計(jì)反應(yīng)2CO(g)2C(s)+O2(g)ΔH>0、ΔS<0來消除CO對環(huán)境的影響。請你判斷是否可行并說出理由:。
答案:(1)不能(2)不可行,該反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng),所以不能自發(fā)進(jìn)行解析:(1)該反應(yīng)ΔH>0,ΔS>0,所以,只有在高溫時(shí)才能自發(fā)進(jìn)行。(2)該反應(yīng)的ΔH>0、ΔS<0,所以在任何溫度下都不能自發(fā)進(jìn)行。8.在化學(xué)反應(yīng)A(g)+B(g)2C(g)+D(g)ΔH=QkJ·mol1過程中的能量變化如圖所示,回答下列問題。(1)Q(填“>”“<”或“=”)0。
(2)熵變?chǔ)(填“>”“<”或“=”)0。
(3)該反應(yīng)(填“能”或“不能”)自發(fā)進(jìn)行。
(4)升高溫度平衡常數(shù)K(填“增大”“減小”或“不變”),平衡向(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動(dòng)。
答案:(1)<(2)>(3)能(4)減小逆反應(yīng)解析:(1)根據(jù)圖像可知,該反應(yīng)是放熱反應(yīng),故Q<0;(2)據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)可知,該反應(yīng)是熵值增大的反應(yīng);(3)根據(jù)ΔG=ΔHTΔS<0可知該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行;(4)升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),平衡常數(shù)減小。能力提升1.如圖,在圖1的A、B兩容器里,分別收集著兩種互不反應(yīng)的氣體。若將中間活塞打開,兩種氣體分子立即都分布在兩個(gè)容器中(見圖2)。這是一個(gè)不伴隨能量變化的自發(fā)過程。關(guān)于此過程的下列說法中不正確的是()。圖1圖2A.此過程為混亂程度小的向混亂程度大的方向的變化過程,即熵增大的過程B.此過程為自發(fā)過程,而且沒有熱量的吸收或放出C.此過程從有序到無序,混亂度增大D.此過程是自發(fā)可逆的答案:D解析:由題意知ΔH=0、ΔS>0,由ΔHTΔS知該過程的逆過程不能自發(fā)進(jìn)行,所以D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.(雙選)下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的方向的說法,正確的是()。A.在一定條件下反應(yīng)2A(g)+B(g)3C(s)+D(g)能自發(fā)進(jìn)行,說明該反應(yīng)的ΔH<0B.常溫下反應(yīng)2Na2SO3(s)+O2(g)2Na2SO4(s)能自發(fā)進(jìn)行,則ΔH<0C.反應(yīng)2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能自發(fā)進(jìn)行,則該反應(yīng)的ΔH>0D.反應(yīng)2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0,ΔS>0答案:AB解析:ΔHTΔS<0的反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。若反應(yīng)的ΔS<0,反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,則ΔH<0,A、B項(xiàng)正確,C項(xiàng)錯(cuò)誤;分解反應(yīng)2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)屬于吸熱反應(yīng),ΔH>0,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.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。已知在0℃和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=2180.9J·mol1,ΔS=6.61J·mol1·K1。現(xiàn)把白錫制成的器皿放在0℃和100kPa的室內(nèi)存放,則白錫()。A.會(huì)變成灰錫B.不會(huì)變成灰錫C.不能確定是否會(huì)變成灰錫D.升高溫度才會(huì)變成灰錫答案:A解析:在等溫、等壓條件下,自發(fā)反應(yīng)總是向著ΔHTΔS<0的方向進(jìn)行,直至達(dá)到平衡狀態(tài)。因此,0℃和100kPa下,ΔHTΔS=2180.9J·mol1273K×(6.61J·mol1·K1)=376.37J·mol1<0,因此在該條件下白錫會(huì)變?yōu)榛义a。4.某化學(xué)興趣小組專門研究了氧族元素及其某些化合物的部分性質(zhì)。所查資料信息如下:①酸性:H2SO4>H2SeO4>H2TeO4②氧、硫、硒與氫氣化合越來越難,碲與氫氣不能直接化合③由元素的單質(zhì)生成等物質(zhì)的量的氫化物的焓變情況如圖:請回答下列問題。(1)H2與硫化合的反應(yīng)(填“放出”或“吸收”)熱量。
(2)已知H2Te分解反應(yīng)的ΔS>0,請解釋為什么Te與H2不能直接化合:。
(3)上述資料信息中能夠說明硫元素非金屬性強(qiáng)于硒元素的是(填序號(hào))。
答案:(1)放出(2)因?yàn)榛蠒r(shí)ΔH>0,ΔS<0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行(3)①②③解析:(1)由圖示可知H2與硫化合的反應(yīng)ΔH<0,故為放熱反應(yīng)。(2)由圖示可知H2與Te化合的反應(yīng)ΔH>0,H2Te分解時(shí)ΔS>0,則Te與H2化合時(shí)ΔS<0,ΔHTΔS>0,反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行。5.在其他條件不變時(shí),改變某一條件對aA(g)+bB(g)cC(g)化學(xué)平衡的影響,得到如圖所示圖像(α表示平衡轉(zhuǎn)化率),回答下列問題。(1)在反應(yīng)Ⅰ中,已知p1>p2,正反應(yīng)為(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng),也是一個(gè)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)(填“減小”或“增大”)的反應(yīng),由此判斷,此反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行必須滿足的條件是。
(2)在反應(yīng)Ⅱ中,T1(填“>”“<”或“=”)T2,正反應(yīng)為(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。
(3)在反應(yīng)Ⅲ中,若T1>T2,試分析該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行?答案:(1)放熱減小低溫(2)>放熱(3)反應(yīng)Ⅲ中在恒溫下壓強(qiáng)對α(A)沒有影響,此反應(yīng)的ΔS可視為0,又T1>T2,恒壓下溫度越高,α(A)越小,則ΔH<0。ΔHTΔS<0,則反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。解析:(1)反應(yīng)Ⅰ中恒壓條件下溫度升高,α(A)減小,即升高溫度平衡逆向移動(dòng),則正反應(yīng)為放熱反應(yīng);由p1>p2知,恒溫時(shí)壓
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