1、课时训练7化学反应的方向1.下列过程是非自发的是()A.水由高处向低处流B.天然气的燃烧C.铁在潮湿空气中生锈D.室温下水结成冰解析:自然界中水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化,都是自发过程,其逆向都是非自发的。答案:D2.下列说法完全正确的是()A.放热反应均是自发反应B.S为正值的反应均是自发反应C.物质的量增加的反应,S为正值D.如果H和S均为正值,当温度升高时,反应可能自发进行解析:焓判据、熵判据均不是反应能否自发进行的唯一判据,因此A、B说法均不正确;C应该是“气体物质的量增加的反应,S为正值”;如果H和S均为正值,当温度升高时,H-TS有可能小于零,
2、因此反应可能自发进行是正确的。答案:D3.下列说法不正确的是()A.体系有序性越高,熵值就越低B.自发过程可能导致体系的熵增大C.吸热反应不可以自发进行D.同种物质气态时熵值最大答案:C4.下列说法正确的是()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:放热反应常常是自发反应,吸热反应有些也是自发反应;自发反应的熵不一定增大,可能减小,也可能不变;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。答案:C5.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是
3、城市主要污染源之一,治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器,它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体,其反应原理是2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),在298 K、100 kPa下,H=-113 kJ mol-1,S=-145 J mol-1K-1。下列说法中错误的是()A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量B.该反应常温下不能自发进行,因此需要高温和催化剂条件C.该反应常温下能自发进行,高温和催化剂条件只是加快反应的速率D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒解析:此反应是放热反应,所以A正确;常温下,若H-TS0,反应可以自发进行,高温和催
4、化剂条件能加快反应速率,所以B不正确,C正确;NO、CO都可和血红蛋白结合而使人中毒,D正确。答案:B6.对于化学反应方向的确定,下列说法正确的是()A.反应熵变是决定反应能否自发的唯一因素B.温度、压强一定时,放热的熵增加反应一定能自发进行C.反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素D.固体的溶解过程与焓变有关解析:H-TS0常温、常压下反应能自发进行,所以焓变和熵变是一定温度、压强下化学反应能否自发进行的复合判据,所以A、C不正确。放热反应的焓变小于零,熵增加反应熵变大于零,都对H-TS0作出贡献。显然,放热的熵增加反应一定能自发进行,所以B正确。固体的溶解过程,体系的混乱度增大,它是熵增
5、加的过程,所以D不正确。答案:B7.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 、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰锡而不能继续使用(已知在0 、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应,焓变和熵变分别为H=-2 180.9 Jmol-1;S=-6.61 Jmol-1K-1)()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H-TS0的方向进行,直至达到平衡状态。因此,在0 、100 kPa条件下,白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应白锡灰锡的H-TS的问题。H-TS=-2 180.9 Jmol-
6、1-273 K(-6.61 Jmol-1K-1)=-376.37 Jmol-10S0B.镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈C.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行,说明该反应的H0,反应不能自发进行可知H-TS0,所以H0,错误。答案:C10.下列反应的自发性,能用熵判据来解释的是()A.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)4Fe(OH)3(s)B.NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)C.CaO(s)+CO2(g)CaCO3(s)D.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)解析:A、C
7、、D均是熵减的反应,均不能用熵判据来解释,只有B选项是熵增反应。答案:B11.下列关于化学反应方向的说法中错误的是()A.寻求一种客观的判据,判断一个反应能否发生B.预期一个新反应能否发生C.化学反应能否发生无需判据,只需实验检验即可D.仅用实验方法探索反应能否发生,可能要付出极大代价答案:C12.下列3个反应:S(s)+O2(g)SO2(g)H2(g)+O2(g)H2O2(l)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)按S增加的顺序排列正确的是()A.B.C.D.解析:由气体分子数判断三个反应的S分别是约为0、小于0、大于0。答案:A13.汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除
8、去CO:2CO(g)2C(s)+O2(g)已知该反应的H0,简述该设想能否实现的依据:。解析:由化学方程式可知反应物和生成物气体的系数之和分别为2、1,为熵减的反应。则H-TS一定大于0,任何温度下均不自发进行。答案:该反应是焓增、熵减的反应,任何温度下均不自发进行14.氨基甲酸铵分解反应NH2COONH4(s)2NH3(g)+CO2(g)的焓变H0,熵变S0(填“”“0;氨基甲酸铵固体分解为气体,体系混乱度增大,熵变S0。答案:15.随着环境污染的日趋严重,我国加大了对氮氧化物排放的控制力度。目前,消除氮氧化物污染有多种方法。用CH4催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知:CH4(g)
9、+4NO2(g)4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-574 kJmol-1CH4(g)+4NO(g)2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)H=-1 160 kJmol-1H2O(g)H2O(l)H=-44.0 kJmol-1写出CH4(g)与NO2(g)反应生成N2(g)、CO2(g)和H2O(l)的热化学方程式,该反应的熵变S0(填“”“”或“=”)。解析:首先写出该反应的化学方程式:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l),然后比较所求方程式与已知方程式中的物质位置,因为、中均有CH4(g),比较NO2(g)、N2(g)、H2O(l)可知在“”前
10、后位置均相同,式12+式12+式2得所求方程式,所以H=(-574 kJmol-1)12+(-1 160 kJmol-1)12+(-44.0 kJmol-1)2=-955 kJmol-1;该反应是气体分子数减小的反应,故该过程S0。答案:CH4(g)+2NO2(g)N2(g)+CO2(g)+2H2O(l)H=-955 kJmol-116.由铁矿石生产金属铁有两种可能的途径:Fe2O3(s)+32C(s)2Fe(s)+32CO2(g)H=231.93 kJmol-1S=276.32 Jmol-1K-1Fe2O3(s)+3H2(g)2Fe(s)+3H2O(g)H=96.71 kJmol-1S=13
11、8.79 kJmol-1K-1(1)试判断这两个反应在高温还是低温下自发进行。(2)上述反应中的(填序号)可以在较低温度下进行。解析:(1)这两个反应均是吸热、熵增的反应,所以在高温下自发进行;(2)T1=HS=231 930 Jmol-1276.32 Jmol-1K-1=839 K;T2=96 710 Jmol-1138.79 Jmol-1K-1=697 K。所以第种途径可以在较低温度下进行。答案:(1)高温(2)17.已知下列数据:CaO(s)+SO3(g)CaSO4(s)H=-401.9 kJmol-1CaSO4(s)CaO(s)SO3(g)S/(Jmol-1K-1)107.039.75
12、256.65试通过计算说明能否用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体以防止SO3污染环境。解析:根据已知数据求得S=107.0 Jmol-1K-1-39.75 Jmol-1K-1-256.65 Jmol-1K-1=-189.4 Jmol-1K-1,H-TS=-401.9 kJmol-1-298 K(-189.410-3 kJmol-1K-1)=-345.46 kJmol-1,所以反应在常温下能自发进行。令H-TS=0,可求得T=2 122 K,即反应的转折温度较高,因此用CaO(s)吸收高炉废气中的SO3气体以防止SO3污染环境是可行的。答案:反应在常温下能自发进行,同时反应的转折温度较高,
13、约2 122 K,因此是可行的。18.在冶金工业中,以C作为还原剂,温度高于980 K时的氧化产物是以CO为主,低于980 K时以CO2为主。已知2CO(g)CO2(g)+C(s),T=980 K时,H-TS=0。当体系温度低于980 K时,估计H-TS的正负符号为;当体系温度高于980 K时,H-TS的正负符号为。解析:温度高于980 K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980 K时,H-TS的值为正;温度低于980 K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980
14、 K时,H-TS的值为负。答案:负正19.已知NH4NO3NH4+(aq)+NO3-(aq)H(298 K)=+25.7 kJmol-1,即该反应为吸热反应,一定不能自发进行。这种说法对不对,为什么?解析:H对化学反应能否自发进行是有影响的,H0,却可以自发进行,这说明焓变并不是反应能否自发进行的唯一决定因素,仅仅是其中的一个影响性因素。答案:不对。焓变并不是反应能否自发进行的唯一决定因素,仅仅是其中的一个影响性因素。20.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应:CH4(g)C(s)+2H2(g),2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许
15、温度范围和最佳温度,在图书馆查到了如下热力学数据:的H(298 K)=+74.848 kJmol-1,S(298 K)=+80.674 Jmol-1K-1的H(298 K)=+376.426 kJmol-1,S(298 K)=+220.211 Jmol-1K-1已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题:(1)判断该反应高温自发还是低温自发:(填“高温”或“低温”)。(2)通过计算判断此反应在常温下能否自发进行。(3)求算制取炭黑的允许温度范围。(4)为了提高甲烷的碳化程度,你认为下面四个温度中最合适的是。A.905.2 KB.927 KC.1 273 KD.2 000 K解析:
16、(2)H-TS=74.848 kJmol-1-80.67410-3 kJmol-1K-1298 K=50.807 kJmol-10,所以该反应常温下不自发进行。(3)裂解为炭黑和H2时,H-TS=74.848 kJmol-1-80.67410-3kJmol-1K-1T927.8 K,即裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,H-TS=376.426 kJmol-1-220.21110-3kJmol-1K-1T1 709.4 K,即温度高于1 709.4 K自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制在927.81 709.4 K。答案:(1)高温(2)不能自发进行(3)927.81 709.4 K(4)C