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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向优秀练习
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向优秀练习，文件包含23化学反应的方向原卷版docx、23化学反应的方向解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共35页， 欢迎下载使用。
『知识梳理』
〖自发过程与自发反应〗
◆自发过程：在一定条件下不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
◆自发反应：在一定条件下，一个化学反应可以自发地进行，就称为自发反应。
〖反应方向的焓判据〗
◆多数放热反应(△H<0)都能自发进行。
◆有不少吸热反应也能自发进行。
◆有一些反应焓变不大的吸热反应，在室温条件下不能自发进行，在高温条件下其焓变并没有显著减小，但反应却能自发进行，如碳酸钙的分解反应。
◆反应焓变是反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
〖反应熵变与反应方向〗
◆熵：用来描述体系混乱程度大小的物理量，符号为S。熵值越大，体系的混乱程度越大。
◆熵的影响因素：与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关，如对于同一种物质来说：S( g)>S( 1) > S( s) 。
◆反应熵变：反应产物的总熵与反应物的总熵之差。用△S表示,ΔS=S(反应产物)-S(反应物)。
◆熵增加原理：自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增加这一经验规律叫作熵增加原理，也是判断反应方向的熵判据。
◆反应方向的熵判据：
①许多熵增加的反应在常温、常压下能自发进行。
②有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。
③有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如铝热反应。
◆反应熵变是与反应能否自发进行有关的另一个因素，但不是唯一因素。
〖用焓变和熵变综合判断反应方向〗
◆化学反应方向的复合判据
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着△H-T△S<0的方向进行，直至达到平衡状态。
①△H-T△S<0，反应正向能自发进行。
②△H-T△S=0，反应达到平衡状态。
③△H-T△S>0反应正向不能自发进行。
◆化学反应进行的方向判断(象限法)
『题型分析』
『题型一』化学反应自发过程
〖典例1〗下列过程属非自发的是（ ）
A．水由高处向低处流B．室温下水结成冰
C．气体从高密度处向低密度处扩散D．加热铁棒一端，热量传向另一端
【答案】B
【详解】A．水由高处向低处流势能减小，自发进行，A不符合题意；B．水结成冰这个变化，虽然是放热的，但是同时也是熵减的，因此必须在某一温度（0°C）以下才能自发进行，室温下不能自发进行，B符合题意；C．气体从高密度处向低密度处扩散是自发过程，C不符合题意；D．加热铁棒一端，热量传向另一端是自发过程，D不符合题意；故选B。
〖变式1-1〗下列过程是非自发的是（ ）
A．水由高处向低处流
B．氯气和溴化钾溶液的反应
C．铁在潮湿空气中生锈
D．室温下水结成冰
【答案】D
【详解】A．水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不选；B．氯气的氧化性比溴强，氯气能够与KBr溶液发生置换反应，属于自发进行的过程，故B不选；C．铁生锈为自发进行的氧化还原反应，反应放热，常温下可自发进行，故C不选；D．室温下冰会自发的融化，室温下水结成冰不是自发进行的过程，故D选；故选D。
〖变式1-2〗研究化学反应的方向具有重要意义。下列说法正确的是（ ）
A．电解水的反应属于自发反应
B．能自发进行的反应一定能迅速发生
C．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
D．在常温下能自发进行，则该反应的
【答案】D
【详解】A．电解水的反应属于非自发反应，常温下水无法分解为氢气和氧气，A项错误；B．能自发进行的反应，其反应速率和浓度、温度、压强、催化剂等因素有关，不一定能迅速发生，B项错误；C．自发反应的熵不一定增大，可能是熵减焓增的情况，非自发反应的熵不一定减小，可能是熵增焓减的情况，C项错误；D．反应的气体分子数减小，熵减小，在常温下能自发进行，则一定是放热反应，，D项正确；答案选D。
〖变式1-3〗下列不属于自发进行的变化是 ( )
A．红墨水加到清水使整杯水变红B．冰在室温下融化成水
C．NaHCO3 转化为 Na2CO3D．铁器在潮湿的空气中生锈
【答案】C
【详解】A．红墨水浓度大于水，微粒向浓度低的方向分散是自发进行的物理变化，故A不符合题意；B．冰的熔点为0℃，水常温是液体，冰在室温下融化成水，是自发进行的物理变化，故B不符合题意；C．NaHCO3 转化为 Na2CO3是需要一定条件或试剂实现转化，变化过程不是自发进行的变化，故C符合题意；D．铁在潮湿的空气中生锈是发生了电化腐蚀，发生了吸氧腐蚀，是自发进行的变化，故D不符合题意；答案选C。
『题型二』化学反应进行方向的判据
〖典例2〗下列说法正确的是（ ）
A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应
B．的反应一定能自发进行
C．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而增加有效碰撞的次数
D．反应，若正反应的活化能为 kJ⋅ml，逆反应的活化能为 kJ⋅ml，则 kJ⋅ml
【答案】D
【详解】A．自发进行的反应可能需要引发，如燃烧反应需要点燃，故A错误；B．的反应不一定能自发进行，比如高温下熵变减小的反应不能自发进行，故B错误；C．增大反应物浓度，单位体积内分子数目增大，活化分子数目增大，但活化分子百分数不变，从而增加有效碰撞的次数，故C错误；D．反应，焓变等于反应物的活化能减去生成物的活化能，若正反应的活化能为 kJ⋅ml，逆反应的活化能为 kJ⋅ml，则 kJ⋅ml，故D正确。
综上所述，答案为D。
〖变式2-1〗针对反应，下列说法正确的是（ ）
A．低温下能自发进行B．高温下能自发进行
C．任何温度下都不能自发进行D．任何温度下都能自发进行
【答案】C
【详解】C燃烧生成CO为放热反应，则反应2CO(g)=2C(s)+O2(g) 为吸热反应，，且该反应为熵减反应，，则，即在任何温度下都不能自发进行，故选C。
〖变式2-2〗干冰升华过程中，其焓变和熵变正确的是（ ）
A．，B．，C．，D．，
【答案】A
【分析】干冰升华过程中吸热，气体分子数增多，结合吸放热与ΔH的关系、气体体积的变化与熵变的关系分析解答。
【详解】干冰升华过程中，物质由固态变为气态，体系的混乱度增大，属于熵增的过程，ΔS＞0；干冰升华过程中，物质由固态变为气态，为吸热过程，ΔH＞0，故A正确；故答案选A。
〖变式2-3〗关于恒容密闭容器中进行的反应 ，下列说法不正确的是（ ）
A．
B．在低温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应达到平衡状态
D．单位时间内生成的同时生成，说明反应达到平衡状态
【答案】B
【详解】A．气体分子总数增加，则，A正确；B．由于该反应是吸热反应，所以其△S＞0，根据△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B不正确；C．随着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到平衡状态，C正确；D． 单位时间内生成的同时生成，即逆反应速率和正反应速率相等，说明反应达到平衡状态，D正确；答案选B。
『巩固练习』
一、单选题
1．已知某反应，设和不随温度而变化，下列说法中正确的是（ ）
A．低温下能自发变化
B．高温下能自发变化
C．任何温度下都是自发变化
D．任何温度下都是非自发变化
【答案】B
【详解】由反应方程式可知，该反应△H＞0、△S>0，根据△H-T△S<0反应可以自发进行，则该反应在高温下可以自发进行；故选B。
2．将与晶体混合后搅拌，会闻到刺激性气味且体系温度降低。下列对该反应的说法不正确的是（ ）
A．该反应的熵变明显增大B．该反应的
C．该反应在理论上可以设计成原电池D．该反应在常温下能自发进行
【答案】C
【详解】A．会闻到刺激性气味说明反应固体反应生成气体，反应熵变增大，A正确；B．体系温度降低，说明温度降低，反应为吸热反应，焓变大于零，B正确；C．自发的氧化还原反应可以设计成原电池，该反应不是氧化还原反应，在理论上不可以设计成原电池，C错误；D．由题干可知，该反应在常温下能自发进行，D正确；故选C。
3．反应X(g)十Y(g) Z(g)+W(s)的能量变化如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．ΔH>0，ΔS>0B．ΔH >0，ΔS<0
C．ΔH<0，ΔS<0D．ΔH<0，ΔS>0
【答案】C
【详解】由图可知，反应为 ，反应为气体分子数减小的反应，且生成物能量小于反应物能量，故为放热的熵减反应，ΔH<0，ΔS<0；故选C。
4．俗话说“下雪不冷化雪冷”，其中蕴含着化学知识。下列对化雪过程中的焓变和熵变的判断正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】化雪过程中吸收热量，由固体转化呈液体，熵增加，即，故选：D。
5．下列推论正确的是（ ）
A．S(g)+O2(g)=SO2(g) △H1，S(s)+O2(g)=SO2(g) △H2；则：△H1＞△H2
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H =-57.4kJ/ml，则：含20gNaOH的溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ
C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9kJ/ml，则：由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石比石墨稳定
D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，则：该反应任何温度下都能自发进行
【答案】B
【详解】A．固态硫变为气态硫是吸热过程，气体与气体反应生成气体比固体和气体反应生成气体产生的热量多，但反应热为负值，△H1＜△H2，故A错误；B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H=-57.4 kJ/ml，即在稀溶液中1ml NaOH完全反应放出57.4kJ热量，则含20g NaOH即0.5ml的稀溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ，故B正确；C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9 kJ/ml，则由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石的能量高于石墨的能量，则石墨比金刚石稳定，故C错误；D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，高温下才能使，故高温下能自发进行，故D错误；答案选B。
6．关于反应 ，下列说法正确的是（ ）
A．该反应在高温条件下可以自发进行
B．向反应容器中加入催化剂，反应自发进行的临界温度会降低
C．恒容条件下，通入He和Ar组成的混合气体，压强会增大，反应的速率会加快
D．恒容条件下，可通入过量的CO2气体来提高转化率并增大生成物的浓度
【答案】D
【详解】A．该反应是焓减、熵减的反应，由△G=△H-T△S知，在较低温度下能自发进行，选项A错误；B．催化剂能改变反应速率及反应的活化能，但不能改变反应自发进行的临界温度，选项B错误；C．恒容条件下，通入He和Ar组成的混合气体，反应物的浓度均不变，不会改变反应的速率，选项C错误；D．恒容条件下，可通入过量的气体可以使平衡正向移动，提高转化率和甲醇的浓度，选项D正确；答案选D。
7．对于反应 。下列说法正确的是（ ）
A．反应的
B．其他条件不变，升高体系的温度，该反应的平衡常数增大
C．保持其他条件不变，增大浓度能提高的反应速率和转化率
D．使用催化剂能改变反应途径，降低反应的焓变
【答案】C
【详解】A．该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以反应的ΔS＜0，A错误；B．该反应的正反应是放热反应，在其它条件不变时，升高体系的温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，导致该反应的平衡常数K减小，B错误；C．O2是反应物，在保持其他条件不变时，增大反应物O2浓度，能提高反应物SO2的反应速率，同时化学平衡正向移动，导致SO2的平衡转化率提高，C正确；D．使用催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但不能改变反应物、生成物的能量，因此不能降低反应的焓变，D错误；故合理选项是C。
8．下列说法不正确的是（ ）
A．燃烧反应中，反应物的总能量一定高于生成物的总能量
B．已知甲烷的燃烧热为，则甲烷完全燃烧生成和的热化学方程式为：
C．已知：，，则
D．反应在常温下能自发进行，则该反应的
【答案】B
【详解】A．燃烧反应属于放热反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量，故A正确；B．甲烷的燃烧热是指甲烷完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水所放出的热量，故B不正确；C．燃烧反应的焓变为负，完全燃烧放热多，则前者放热多，可知，故正确；D．该反应的，常温下反应能够自发进行，说明，则，故D正确。
故B错误。
9．下列说法正确的是（ ）
A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应
B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C．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进行的方向
D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0
【答案】D
【详解】A．自发反应是指在一定温度和压强下，不需要外界帮助即可发生的化学反应，故A错误；B．非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，如碳酸钙受热分解的反应是熵增的吸热反应，属于在高温下进行的非自发过程，故B错误；C．使用催化剂只能降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变化学反应进行的方向，故C错误；D．碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应是熵增的反应，由常温下该反应不能自发进行可知，反应ΔH—TΔS＞0，则该反应的焓变ΔH＞0，故D正确；故选D。
10．在恒容密闭容器中进行反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ∆H>0。下列说法不正确的是（ ）
A．∆S>0
B．反应在高温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应一定达到平衡状态
D．容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，反应一定达到平衡状态
【答案】D
【详解】A．气体分子总数增加，则，A正确；B．由于该反应是吸热反应，其△S＞0，根据△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B正确；C．随着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到平衡状态，C正确；D．因为各成分的量取决于起始的投料，容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，难以体现逆反应速率和正反应速率相等、也难以确定各成分的量是否不再变化，故反应不一定达到平衡状态， D不正确；答案选D。
11．对于反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g) ＋6H2O(g) ΔH=-904 kJ·ml-1，下列有关说法不正确的是（ ）
A．该反应一定能自发进行
B．该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能
C．达到平衡时，增大容器的体积，v(正)增加、v(逆)减小
D．断裂1ml N-H键的同时，断裂1ml O-H键，说明该反应达到平衡状态
【答案】C
【详解】A．该反应为熵增的放热反应，ΔH-TΔS<0，故该反应一定能自发进行，A正确；B．该反应为放热反应，故正反应的活化能小于逆反应的活化能，B正确；C．达到平衡时，增大容器的体积，减小压强，正逆反应速率都减小，C错误；D．断裂1ml N-H键说明有氨气反应的同时，断裂1ml O-H键，即有水反应，说明正逆反应速率相等，即该反应达到平衡状态，D正确；故选C。
12．对于反应 ，下列说法正确的是（ ）
A．该反应在任何温度下均能自发进行
B．反应的平衡常数可表示为
C．使用高效催化剂能降低反应的活化能和焓变
D．升温、加压和使用催化剂能增大的生成速率
【答案】D
【详解】A．，该反应在低温下均能自发进行，故A错误；B．反应的平衡常数可表示为，故B错误；C．催化剂能降低反应的活化能，不能改变焓变，故C错误；D．升温、加压和使用催化剂，都能增大反应速率，加快的生成速率，故D正确；选D。
13．常压下，1g冰熔化成1g水、1g水蒸发成1g水蒸气的焓和熵的变化情况如图所示。
已知：熔化过程：
蒸发过程：
下列说法不正确的是（ ）
A．；B．；
C．D．蒸发过程属于高温自发过程
【答案】C
【详解】A．水由固态转化为液态吸收能量，熔化过程为吸热过程，则，蒸发过程为吸热过程，则，A正确；B．同种物质不同状态的混乱度：g>l>s，混乱度越大熵变值越大，则，，B正确；C．蒸发过程熵变值更大，即，C错误；D．蒸发过程，，根据自发进行的判据：，该反应需要高温条件自发进行，D正确；故选：C。
14． 工业合成氨，关乎到世界化工发展和粮食安全，对其研究意义重大。下列有关合成氨反应： kJ⋅ml的说法不正确的是（ ）
A．合成氨反应的J⋅K⋅ml，在较低温度下不能自发进行
B．氮气和氢气的反应活化能很大，需要外界提供能量才可能发生反应
C．恒温恒容密闭容器中充入1ml和3ml，充分反应后放出热量小于92.4kJ
D．温度升高，反应物的活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，反应速率增大
【答案】A
【详解】A．合成氨反应： kJ⋅ml<0，J⋅K⋅ml<0，△H-T△S<0时，反应能够自发进行，则合成氨反应在较低温度下能自发进行，故A错误；B．氮气和氢气在高温高压下反应生成氨气，氮气和氢气的反应活化能很大，需要提供能量来启动反应，故B正确；C．合成氨反应是可逆反应，恒温恒容密闭容器中充入1ml和3ml，生成的小于2ml，充分反应后放出热量小于92.4kJ，故C正确；D．升高温度，反应物分子的能量增加，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，化学反应速率加快，故D正确；故选A。
15．工业上利用碳热还原制得BaS，进而生产各种含钡化合物。温度对反应后组分的影响如图。
已知：碳热还原过程中可能发生下列反应。
ⅰ.
ⅱ. kJ/ml
ⅲ. kJ/ml
下列关于碳热还原过程的说法正确的是（ ）
A． kJ/ml
B．反应ⅱ在高温条件下自发进行
C．温度升高，的平衡常数K减小
D．反应过程中，生成的和CO的物质的量之和始终等于投入C的物质的量
【答案】B
【详解】A．已知ii.BaSO4(s)+4C(s)=4CO(g)+BaS(s) △H2=+571.2kJ·ml-1，
iii.BaSO4(s)+4CO(g)=4CO2(g)+BaS(s) △H3=-118.8kJ·ml-1，由盖斯定律可知：（ii+ iii）×可得BaSO4(s)+2C(s)=2CO2(g)+BaS(s)，故△H1=（△H2+ △H3）×=（571.2kJ·ml-1-118.8kJ·ml-1）×=+226.2 kJ·ml-1，A项错误；B．反应ⅱ为吸热反应，且为熵增反应，根据△G=△H-T△S<0反应可以发生，则高温时反应可以发生，B项正确；C．已知：ii.BaSO4(s)+4C(s)=4CO(g)+BaS(s) △H2=+571.2kJ·ml-1，
iii.BaSO4(s)+4CO(g)=4CO2(g)+BaS(s) △H3=-118.8kJ·ml-1，由盖斯定律可知：（ii- iii）×可得C(s)+CO2(g)2CO(g)，△H=（△H2-△H3）×=（571.2kJ·ml-1+118.8kJ·ml-1）×=+172.5 kJ·ml-1，反应正向为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数K值增大，C项错误；D．为使硫酸钡得到充分还原，需要加入过量的碳，故反应过程中生成的CO2和CO的物质的量之和小于投入C的物质的量，D项错误；答案选B。
16．向某密闭容器中充入一定量的、混合气体，一定条件下发生反应： ，平衡时C的物质的量分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．该反应的B．该反应为熵减反应，
C．该反应一定能自发进行D．增大压强，该反应的平衡常数增大
【答案】B
【详解】A．由图可知，在同一压强下，升高温度，C的物质的量分数增大，平衡正向移动，而升高温度，平衡向吸热的方向进行，说明正反应为吸热反应，，A错误；B．作一条垂直于横坐标的直线可以看出，在同一温度下，增大压强，C的物质的量分数增大，平衡正向移动，而增大压强，平衡向着体积减小的方向移动，则a+b>c+d，该反应为熵减反应，，B正确；C．由选项A和B的分析知，、，则，反应不能自发进行，C错误；D．平衡常数只受温度的影响，温度不变，该反应的平衡常数不变，D错误；
故选B。
二、原理综合题
17．运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，已知在时的。请完成下列探究。
(1)时，在的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得的物质的量分别为，则此时反应正_____逆(填“>”、“＜”、“=”或“不能确定”)。
(2)若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，则合成氨反应的平衡_______移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
(3)下列关于工业合成氨的说法正确的是_______。
A．因为，所以该反应一定能自发进行
B．因为，所以该反应一定不能自发进行
C．在高温下进行是为了提高反应物的平衡转化率
D．使用催化剂不仅可以加快反应速率还可以降低反应所需的活化能
(4)氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径。
已知：
写出氨气催化氧化生成和水蒸气的热化学方程式_______。
【答案】(1)=
(2)向左
(3)D
(4)
【详解】（1）的物质的量分别为，此时Qc=，则反应处于平衡状态，正=逆，故答案为：=。
（2）恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，容器体积增大，相当于减小压强，平衡向气体分子数增大的方向移动，即平衡向左移动，故答案为：向左。
（3）A．反应能否自发进行由共同决定，需根据的相对大小判断，不能根据一方判断，因此的反应不一定自发进行，故A错误；B．反应能否自发进行由共同决定，需根据的相对大小判断，不能根据一方判断，因此的反应不一定不能发生，故B错误；C．该反应为放热反应，温度升高不利于平衡正向移动，不能提高反应物的转化率，工业采用高温是为了提高反应速率以及提高催化剂的活性，故C错误；D．使用催化剂可以降低反应的活化能，从而可以加快化学反应速率，故D正确；故答案为D。
（4）氨气催化氧化生成和水蒸气的反应为：，根据盖斯定律可知该反应==，该反应的热化学方程式为：，故答案为：。
18．甲醇是一种可再生能源，由制备甲醇可能涉及的反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
(1)反应Ⅱ的_______。反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为、、，则_______(用、表示)。
(2)反应Ⅰ能自发进行的条件是_______(填“较低温度”“较高温度”或“任何温度”)。
(3)下表是反应Ⅲ：在不同温度下化学平衡常数(K)
某温度下，将和充入的密闭容器中，充分反应后达平衡时，
①测得，则的转化率是_______，此时的温度为_______。
②要提高的转化率，可以采取的措施是_______。
A．适当升温 B．恒容充入 C．适当增大压强 D．恒容通入
③在此条件下，不可作为判断反应Ⅲ达到平衡状态的标志是_______。
A．混合气体的压强不再变化
B．、和的物质的量之比为1∶2∶1
C．混合气体的平均相对分子质量不再变化
D．的百分含量不再变化
【答案】(1) +41.19kJ/ml
(2)较低温度
(3) 80% 240℃ BC B
【详解】（1）反应Ⅰ减去反应Ⅲ得到反应Ⅱ，则； 方程式相减，则平衡常数相除，反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为、、，则；故答案为：；。
（2）反应Ⅰ是放热反应，熵减的反应，根据自由能，因此能自发进行的条件是较低温度；故答案为：较低温度。
（3）①测得，则反应生成甲醇0.8ml/L×2L=1.6ml，根据化学方程式，消耗的CO为1.6ml，则的转化率是，CO改变量为1.6ml，氢气改变量为3.2ml，甲醇生成量为1.6ml，平衡常数K=，则此时的温度为240℃；故答案为：80%；240℃。
②A．根据表格数据，温度升高，平衡常数减小，则该反应的正反应是放热反应，升温，平衡逆向移动，降低了H2的转化率，故A不符合题意；B．恒容充入CO，CO物质的量浓度增大，平衡正向移动，H2转化率增大，故B符合题意；C．该反应的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，H2转化率增大，故C符合题意；D．恒容下通入Ar，没有改变反应物和生成物的浓度，平衡不移动，H2的转化率不变，故D不符合题意；综上所述，答案为：BC。
③A．恒温恒容条件下，混合气体压强和混合气体的总物质的量成正比，该反应前后气体物质的量发生了变化，所以压强在未平衡前在一直变化，当压强不再改变时，反应达到了平衡状态，故混合气体压强不再变化可以作为判断平衡标志，故A不符合题意；B．CO 、H2和CH3OH的物质的量之比为1∶2∶1，等于方程式的系数比，和是否平衡无关，不能说明各物质的浓度不再变化，不能作为判断平衡标志，故B符合题意；C．平均相对分子质量等于气体总质量除以气体总物质的量，气体总质量不变，正向反应，气体总物质的量减小，气体平均相对分子质量增大，当混合气体的平均相对分子质量不再变化时反应达到平衡，则混合气的平均相对分子质量不再变化可以作为判断平衡的标志，故C不符合题意；D．氢气的百分含量不再变化，可以作为判断平衡的标志，故D不符合题意；综上所述，答案为：B。
19．2021年8月23日，第31个全国节能宣传周主题为“节能降碳，绿色发展”。“碳”这一概念稳居C位，碳达峰、碳中和、碳交易、碳固定等概念被多次提及。当前，二氧化碳的捕集、利用与封存已成为我国能源领域的一个重要战略方向。
(1)与相似，中各原子最外层都满足8电子结构，电子式可表示________。
(2)和在一定条件下可制取甲醇，反应如下：。在体积为的密闭容器中，充入和，发生上述反应。若10分钟后，容器内压强为原来的0.625倍，则0到10分钟，氢气的平均反应速率为________。
(3)将的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，发生上述反应。下列事实能说明反应已达到平衡状态的是________(选填编号)。
A．CO2和H2的物质的量之比保持不变B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．该反应的平衡常数保持不变D．体积分数保持不变
(4)该反应的平衡常数K的表达式为________。已知某温度下。该温度下，测得容器中、，此时，该反应化学反应速率___(选填“>”、“<”或“=”)，说明原因___________。
(5)向容积相同的恒容密闭容器中分别充入等量的和，在不同催化剂(M型、N型)条件下反应相同时间，转化率随反应温度变化如图。
①使用________(选填M、N)型催化剂反应的活化能更高。
②a点处，___(选填“>”、“<”或“=”)。
③b点不同催化剂作用下，的转化率相同且均有下降趋势的原因是_____________________________
(6)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解，发生反应：，该反应的____(选填“>”或“<”，下同)0，____0，在极低温下，该反应________(选填“能”或“不能”)自发进行。
【答案】(1)
(2)0.225ml/(L▪min)
(3)BD
(4) > Q=＜，则反应正向进行
(5) N > 反应达到平衡，该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则CO2的转化率降低
(6) > > 不能
【详解】（1）CO2是共价化合物，每个C原子都和O原子共用两对电子，使得C原子和O原子都达到8电子稳定结构，电子式为，O和S是同族元素，COS的电子式为 。
（2）同温同容下，气体压强之比等于物质的量之比，反应前混合气体的总物质的量为4ml，10min后容器内压强是原来的0.625倍，则气体的总物质的量为4ml×0.625=2.5ml，气体物质的量减少了4ml-2.5ml=1.5ml，根据反应方程式可知，每消耗3mlH2，则气体物质的量减少2ml，则反应掉的氢气的物质的量=(1.5×3)÷2=2.25ml，容器体积为1L，则消耗的氢气的物质的量浓度为2.25ml/L，则氢气的平均反应速率为2.25ml/L÷10min=0.225ml/(L▪min)。
（3）起始充入的n(CO2):n(H2)=1:3，发生：
A．起始充入的n(CO2):n(H2)=1:3，反应方程式里，CO2和H2的系数之比也为1:3，所以在反应过程中，CO2和H2的物质的量之比一直为1:3，所以CO2和H2的物质的量之比保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故A不选；B．该反应的反应物和生成物均为气体，混合气体总质量是不变的，该反应前后气体系数之和不相等，所以气体总物质的量是变化的，则在未平衡前，混合气体的平均相对分子质量是变量，当混合气体的平均相对分子质量不再变化时，反应达到平衡状态，故B选；C．反应的平衡常数只和温度有关，所以反应的平衡常数保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故C不选；D．CO2体积分数保持不变，说明反应达到了平衡，故D选；故选BD。
（4）平衡常数表达式是用平衡时生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积表示的，该反应的K=；已知某温度下，。该温度下，测得容器中、，此时，Q=＜，则反应正向进行，v正＞v逆。
（5）①未平衡之前，温度相同，催化效果越好，反应速率越快，相同时间内二氧化碳转化率高，平衡后，相同温度下二氧化碳转化率相同，故最高点左边的点未平衡，从图中可以看出，未平衡之前，在相同温度下，N型催化剂下的CO2转化率更低，所以N型催化剂下反应速率慢，活化能高；②结合①可知a点处反应还未达到平衡，反应正向进行，故v正>v逆；③结合①可知b点及右边的点反应均已达平衡，不同催化剂下，CO2的转化率相同的原因是反应达到平衡，该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则CO2的转化率降低。
（6）的逆反应是CO燃烧放热的反应，则吸热，>0；该反应是气体分子数增多的反应，则>0；-T<0时反应能自发进行，该反应>0且>0，则在极低温下，该反应不能自发进行。
20．“碳中和”引起各国的高度重视，正成为科学家研究的热点课题。利用生产甲醇是资源化利用的一种有效途径。涉及的反应如下：
I．
Ⅱ．
Ⅲ．
Ⅳ.
(1)已知反应I和Ⅳ的焓变和熵变如下表所示
你认为哪个反应更适宜于甲醇的工业生产___________(填“反应I”或“反应Ⅳ”)；请应用“化学反应的方向”相关知识说明选择的理由___________。
(2)一定温度下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入气体和气体发生上述反应，达到平衡时，容器中为，CO(g)为，此时，反应Ⅲ的平衡常数为___________(用含a、b的代数式表示；不考虑反应Ⅳ)。
(3)不同压强下，按照投料，实验测定的平衡转化率和的平衡产率随温度的变化关系如下图所示：(已知：的平衡转化率 的平衡产率)
①下列说法正确的是___________(填字母；不考虑反应Ⅳ)。
A．纵坐标表示平衡转化率的是图乙
B．压强大小：
C．为同时提高的平衡转化率和的平衡产率，应选择低温低压的反应条件
②图乙中温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是___________。
(4)一定条件下，若只按反应Ⅰ进行，温度和时间对转化率的影响曲线如下图所示。若图中曲线对应的温度为523K，请在下图中作出温度为583K的影响曲线___________。
(5)反应I中，催化剂对转化率的影响如图所示。则下列说法正确的是___________。
A．催化效果最好的是催化剂Ⅲ
B．b点一定没有达到平衡
C．c点处的反应速率为：
D．a点后转化率下降的原因之一是温度升高，平衡逆向移动
【答案】(1) 反应I 理由：由自发可知，反应Ⅳ在任何条件下均不自发，而反应I在低温下可自发进行
(2)
(3) A 时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
(4)
(5)BD
【分析】（3）由（1）表格数据知，反应I ，该反应为放热反应；根据盖斯定律，Ⅲ=I-Ⅱ，，反应Ⅲ为吸热反应，据此分析解答。
【详解】（1）反应要能自发进行，，由表格数据可知，反应Ⅳ在任何条件下均不自发，而反应I在低温下可自发进行，故答案为：反应I；理由：由自发可知，反应Ⅳ在任何条件下均不自发，而反应I在低温下可自发进行。
（2）达到平衡时，容器中为，CO(g)为，根据C元素守恒，，，根据O元素守恒，，，根据H元素守恒，，，则反应Ⅲ的平衡常数。
（3）①A．反应I为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2的平衡转化率越低，而反应Ⅱ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率，A选项正确；B．反应I为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此低温阶段压强越大，CO2的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是，B选项错误；C．由A和B选项分析知，图甲、图乙的纵坐标分别表示的平衡产率、的平衡转化率，且，由图像可知，应选择的反应条件为低温、高压，C选项错误；故选A。
②反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，且反应Ⅲ前后气体分子数相等，故CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响。
（4）升高温度，反应速率加快，达到平衡状态所需时间缩短，升高温度，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率降低，温度为583K的影响曲线为。
（5）A．由图可知，温度低于T4时，相同时间内，催化剂I作用下CO2的转化率最大，则催化剂I的催化效果最好，A错误；B．由图可知，a点时反应达到平衡状态，则b点时，反应未达到平衡状态，B正确；C．a点时反应达到平衡状态，a点之后属于平衡的移动，则c点为平衡点，，C错误；D．反应I为放热反应，升温平衡逆向移动，转化率降低，D正确；故选BD。
温度／
240
300
360
平衡常数(K)
2.04
0.27
0.012
反应
I
Ⅳ
『知识梳理』
〖自发过程与自发反应〗
◆自发过程：在一定条件下不需要借助外力作用就能自动进行的过程。
◆自发反应：在一定条件下，一个化学反应可以自发地进行，就称为自发反应。
〖反应方向的焓判据〗
◆多数放热反应(△H<0)都能自发进行。
◆有不少吸热反应也能自发进行。
◆有一些反应焓变不大的吸热反应，在室温条件下不能自发进行，在高温条件下其焓变并没有显著减小，但反应却能自发进行，如碳酸钙的分解反应。
◆反应焓变是反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。
〖反应熵变与反应方向〗
◆熵：用来描述体系混乱程度大小的物理量，符号为S。熵值越大，体系的混乱程度越大。
◆熵的影响因素：与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关，如对于同一种物质来说：S( g)>S( 1) > S( s) 。
◆反应熵变：反应产物的总熵与反应物的总熵之差。用△S表示,ΔS=S(反应产物)-S(反应物)。
◆熵增加原理：自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增加这一经验规律叫作熵增加原理，也是判断反应方向的熵判据。
◆反应方向的熵判据：
①许多熵增加的反应在常温、常压下能自发进行。
②有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。
③有些熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行，如铝热反应。
◆反应熵变是与反应能否自发进行有关的另一个因素，但不是唯一因素。
〖用焓变和熵变综合判断反应方向〗
◆化学反应方向的复合判据
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着△H-T△S<0的方向进行，直至达到平衡状态。
①△H-T△S<0，反应正向能自发进行。
②△H-T△S=0，反应达到平衡状态。
③△H-T△S>0反应正向不能自发进行。
◆化学反应进行的方向判断(象限法)
『题型分析』
『题型一』化学反应自发过程
〖典例1〗下列过程属非自发的是（ ）
A．水由高处向低处流B．室温下水结成冰
C．气体从高密度处向低密度处扩散D．加热铁棒一端，热量传向另一端
【答案】B
【详解】A．水由高处向低处流势能减小，自发进行，A不符合题意；B．水结成冰这个变化，虽然是放热的，但是同时也是熵减的，因此必须在某一温度（0°C）以下才能自发进行，室温下不能自发进行，B符合题意；C．气体从高密度处向低密度处扩散是自发过程，C不符合题意；D．加热铁棒一端，热量传向另一端是自发过程，D不符合题意；故选B。
〖变式1-1〗下列过程是非自发的是（ ）
A．水由高处向低处流
B．氯气和溴化钾溶液的反应
C．铁在潮湿空气中生锈
D．室温下水结成冰
【答案】D
【详解】A．水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不选；B．氯气的氧化性比溴强，氯气能够与KBr溶液发生置换反应，属于自发进行的过程，故B不选；C．铁生锈为自发进行的氧化还原反应，反应放热，常温下可自发进行，故C不选；D．室温下冰会自发的融化，室温下水结成冰不是自发进行的过程，故D选；故选D。
〖变式1-2〗研究化学反应的方向具有重要意义。下列说法正确的是（ ）
A．电解水的反应属于自发反应
B．能自发进行的反应一定能迅速发生
C．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
D．在常温下能自发进行，则该反应的
【答案】D
【详解】A．电解水的反应属于非自发反应，常温下水无法分解为氢气和氧气，A项错误；B．能自发进行的反应，其反应速率和浓度、温度、压强、催化剂等因素有关，不一定能迅速发生，B项错误；C．自发反应的熵不一定增大，可能是熵减焓增的情况，非自发反应的熵不一定减小，可能是熵增焓减的情况，C项错误；D．反应的气体分子数减小，熵减小，在常温下能自发进行，则一定是放热反应，，D项正确；答案选D。
〖变式1-3〗下列不属于自发进行的变化是 ( )
A．红墨水加到清水使整杯水变红B．冰在室温下融化成水
C．NaHCO3 转化为 Na2CO3D．铁器在潮湿的空气中生锈
【答案】C
【详解】A．红墨水浓度大于水，微粒向浓度低的方向分散是自发进行的物理变化，故A不符合题意；B．冰的熔点为0℃，水常温是液体，冰在室温下融化成水，是自发进行的物理变化，故B不符合题意；C．NaHCO3 转化为 Na2CO3是需要一定条件或试剂实现转化，变化过程不是自发进行的变化，故C符合题意；D．铁在潮湿的空气中生锈是发生了电化腐蚀，发生了吸氧腐蚀，是自发进行的变化，故D不符合题意；答案选C。
『题型二』化学反应进行方向的判据
〖典例2〗下列说法正确的是（ ）
A．自发进行的反应不需要任何条件，就可以发生反应
B．的反应一定能自发进行
C．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而增加有效碰撞的次数
D．反应，若正反应的活化能为 kJ⋅ml，逆反应的活化能为 kJ⋅ml，则 kJ⋅ml
【答案】D
【详解】A．自发进行的反应可能需要引发，如燃烧反应需要点燃，故A错误；B．的反应不一定能自发进行，比如高温下熵变减小的反应不能自发进行，故B错误；C．增大反应物浓度，单位体积内分子数目增大，活化分子数目增大，但活化分子百分数不变，从而增加有效碰撞的次数，故C错误；D．反应，焓变等于反应物的活化能减去生成物的活化能，若正反应的活化能为 kJ⋅ml，逆反应的活化能为 kJ⋅ml，则 kJ⋅ml，故D正确。
综上所述，答案为D。
〖变式2-1〗针对反应，下列说法正确的是（ ）
A．低温下能自发进行B．高温下能自发进行
C．任何温度下都不能自发进行D．任何温度下都能自发进行
【答案】C
【详解】C燃烧生成CO为放热反应，则反应2CO(g)=2C(s)+O2(g) 为吸热反应，，且该反应为熵减反应，，则，即在任何温度下都不能自发进行，故选C。
〖变式2-2〗干冰升华过程中，其焓变和熵变正确的是（ ）
A．，B．，C．，D．，
【答案】A
【分析】干冰升华过程中吸热，气体分子数增多，结合吸放热与ΔH的关系、气体体积的变化与熵变的关系分析解答。
【详解】干冰升华过程中，物质由固态变为气态，体系的混乱度增大，属于熵增的过程，ΔS＞0；干冰升华过程中，物质由固态变为气态，为吸热过程，ΔH＞0，故A正确；故答案选A。
〖变式2-3〗关于恒容密闭容器中进行的反应 ，下列说法不正确的是（ ）
A．
B．在低温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应达到平衡状态
D．单位时间内生成的同时生成，说明反应达到平衡状态
【答案】B
【详解】A．气体分子总数增加，则，A正确；B．由于该反应是吸热反应，所以其△S＞0，根据△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B不正确；C．随着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到平衡状态，C正确；D． 单位时间内生成的同时生成，即逆反应速率和正反应速率相等，说明反应达到平衡状态，D正确；答案选B。
『巩固练习』
一、单选题
1．已知某反应，设和不随温度而变化，下列说法中正确的是（ ）
A．低温下能自发变化
B．高温下能自发变化
C．任何温度下都是自发变化
D．任何温度下都是非自发变化
【答案】B
【详解】由反应方程式可知，该反应△H＞0、△S>0，根据△H-T△S<0反应可以自发进行，则该反应在高温下可以自发进行；故选B。
2．将与晶体混合后搅拌，会闻到刺激性气味且体系温度降低。下列对该反应的说法不正确的是（ ）
A．该反应的熵变明显增大B．该反应的
C．该反应在理论上可以设计成原电池D．该反应在常温下能自发进行
【答案】C
【详解】A．会闻到刺激性气味说明反应固体反应生成气体，反应熵变增大，A正确；B．体系温度降低，说明温度降低，反应为吸热反应，焓变大于零，B正确；C．自发的氧化还原反应可以设计成原电池，该反应不是氧化还原反应，在理论上不可以设计成原电池，C错误；D．由题干可知，该反应在常温下能自发进行，D正确；故选C。
3．反应X(g)十Y(g) Z(g)+W(s)的能量变化如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．ΔH>0，ΔS>0B．ΔH >0，ΔS<0
C．ΔH<0，ΔS<0D．ΔH<0，ΔS>0
【答案】C
【详解】由图可知，反应为 ，反应为气体分子数减小的反应，且生成物能量小于反应物能量，故为放热的熵减反应，ΔH<0，ΔS<0；故选C。
4．俗话说“下雪不冷化雪冷”，其中蕴含着化学知识。下列对化雪过程中的焓变和熵变的判断正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】化雪过程中吸收热量，由固体转化呈液体，熵增加，即，故选：D。
5．下列推论正确的是（ ）
A．S(g)+O2(g)=SO2(g) △H1，S(s)+O2(g)=SO2(g) △H2；则：△H1＞△H2
B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H =-57.4kJ/ml，则：含20gNaOH的溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ
C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9kJ/ml，则：由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石比石墨稳定
D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，则：该反应任何温度下都能自发进行
【答案】B
【详解】A．固态硫变为气态硫是吸热过程，气体与气体反应生成气体比固体和气体反应生成气体产生的热量多，但反应热为负值，△H1＜△H2，故A错误；B．NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) △H=-57.4 kJ/ml，即在稀溶液中1ml NaOH完全反应放出57.4kJ热量，则含20g NaOH即0.5ml的稀溶液与稀盐酸完全反应，放出的热量为28.7kJ，故B正确；C．C(石墨，s)=C(金刚石，s) △H=+1.9 kJ/ml，则由石墨制取金刚石的反应是吸热反应，金刚石的能量高于石墨的能量，则石墨比金刚石稳定，故C错误；D．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) △H ＞0，△S＞0，高温下才能使，故高温下能自发进行，故D错误；答案选B。
6．关于反应 ，下列说法正确的是（ ）
A．该反应在高温条件下可以自发进行
B．向反应容器中加入催化剂，反应自发进行的临界温度会降低
C．恒容条件下，通入He和Ar组成的混合气体，压强会增大，反应的速率会加快
D．恒容条件下，可通入过量的CO2气体来提高转化率并增大生成物的浓度
【答案】D
【详解】A．该反应是焓减、熵减的反应，由△G=△H-T△S知，在较低温度下能自发进行，选项A错误；B．催化剂能改变反应速率及反应的活化能，但不能改变反应自发进行的临界温度，选项B错误；C．恒容条件下，通入He和Ar组成的混合气体，反应物的浓度均不变，不会改变反应的速率，选项C错误；D．恒容条件下，可通入过量的气体可以使平衡正向移动，提高转化率和甲醇的浓度，选项D正确；答案选D。
7．对于反应 。下列说法正确的是（ ）
A．反应的
B．其他条件不变，升高体系的温度，该反应的平衡常数增大
C．保持其他条件不变，增大浓度能提高的反应速率和转化率
D．使用催化剂能改变反应途径，降低反应的焓变
【答案】C
【详解】A．该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以反应的ΔS＜0，A错误；B．该反应的正反应是放热反应，在其它条件不变时，升高体系的温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，导致该反应的平衡常数K减小，B错误；C．O2是反应物，在保持其他条件不变时，增大反应物O2浓度，能提高反应物SO2的反应速率，同时化学平衡正向移动，导致SO2的平衡转化率提高，C正确；D．使用催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但不能改变反应物、生成物的能量，因此不能降低反应的焓变，D错误；故合理选项是C。
8．下列说法不正确的是（ ）
A．燃烧反应中，反应物的总能量一定高于生成物的总能量
B．已知甲烷的燃烧热为，则甲烷完全燃烧生成和的热化学方程式为：
C．已知：，，则
D．反应在常温下能自发进行，则该反应的
【答案】B
【详解】A．燃烧反应属于放热反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量，故A正确；B．甲烷的燃烧热是指甲烷完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水所放出的热量，故B不正确；C．燃烧反应的焓变为负，完全燃烧放热多，则前者放热多，可知，故正确；D．该反应的，常温下反应能够自发进行，说明，则，故D正确。
故B错误。
9．下列说法正确的是（ ）
A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应
B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C．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进行的方向
D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0
【答案】D
【详解】A．自发反应是指在一定温度和压强下，不需要外界帮助即可发生的化学反应，故A错误；B．非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，如碳酸钙受热分解的反应是熵增的吸热反应，属于在高温下进行的非自发过程，故B错误；C．使用催化剂只能降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变化学反应进行的方向，故C错误；D．碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应是熵增的反应，由常温下该反应不能自发进行可知，反应ΔH—TΔS＞0，则该反应的焓变ΔH＞0，故D正确；故选D。
10．在恒容密闭容器中进行反应：C(s)＋CO2(g) 2CO(g) ∆H>0。下列说法不正确的是（ ）
A．∆S>0
B．反应在高温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应一定达到平衡状态
D．容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，反应一定达到平衡状态
【答案】D
【详解】A．气体分子总数增加，则，A正确；B．由于该反应是吸热反应，其△S＞0，根据△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B正确；C．随着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到平衡状态，C正确；D．因为各成分的量取决于起始的投料，容器内气体浓度c(CO2)∶c(CO)=1∶2时，难以体现逆反应速率和正反应速率相等、也难以确定各成分的量是否不再变化，故反应不一定达到平衡状态， D不正确；答案选D。
11．对于反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g) ＋6H2O(g) ΔH=-904 kJ·ml-1，下列有关说法不正确的是（ ）
A．该反应一定能自发进行
B．该反应的正反应的活化能小于逆反应的活化能
C．达到平衡时，增大容器的体积，v(正)增加、v(逆)减小
D．断裂1ml N-H键的同时，断裂1ml O-H键，说明该反应达到平衡状态
【答案】C
【详解】A．该反应为熵增的放热反应，ΔH-TΔS<0，故该反应一定能自发进行，A正确；B．该反应为放热反应，故正反应的活化能小于逆反应的活化能，B正确；C．达到平衡时，增大容器的体积，减小压强，正逆反应速率都减小，C错误；D．断裂1ml N-H键说明有氨气反应的同时，断裂1ml O-H键，即有水反应，说明正逆反应速率相等，即该反应达到平衡状态，D正确；故选C。
12．对于反应 ，下列说法正确的是（ ）
A．该反应在任何温度下均能自发进行
B．反应的平衡常数可表示为
C．使用高效催化剂能降低反应的活化能和焓变
D．升温、加压和使用催化剂能增大的生成速率
【答案】D
【详解】A．，该反应在低温下均能自发进行，故A错误；B．反应的平衡常数可表示为，故B错误；C．催化剂能降低反应的活化能，不能改变焓变，故C错误；D．升温、加压和使用催化剂，都能增大反应速率，加快的生成速率，故D正确；选D。
13．常压下，1g冰熔化成1g水、1g水蒸发成1g水蒸气的焓和熵的变化情况如图所示。
已知：熔化过程：
蒸发过程：
下列说法不正确的是（ ）
A．；B．；
C．D．蒸发过程属于高温自发过程
【答案】C
【详解】A．水由固态转化为液态吸收能量，熔化过程为吸热过程，则，蒸发过程为吸热过程，则，A正确；B．同种物质不同状态的混乱度：g>l>s，混乱度越大熵变值越大，则，，B正确；C．蒸发过程熵变值更大，即，C错误；D．蒸发过程，，根据自发进行的判据：，该反应需要高温条件自发进行，D正确；故选：C。
14． 工业合成氨，关乎到世界化工发展和粮食安全，对其研究意义重大。下列有关合成氨反应： kJ⋅ml的说法不正确的是（ ）
A．合成氨反应的J⋅K⋅ml，在较低温度下不能自发进行
B．氮气和氢气的反应活化能很大，需要外界提供能量才可能发生反应
C．恒温恒容密闭容器中充入1ml和3ml，充分反应后放出热量小于92.4kJ
D．温度升高，反应物的活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，反应速率增大
【答案】A
【详解】A．合成氨反应： kJ⋅ml<0，J⋅K⋅ml<0，△H-T△S<0时，反应能够自发进行，则合成氨反应在较低温度下能自发进行，故A错误；B．氮气和氢气在高温高压下反应生成氨气，氮气和氢气的反应活化能很大，需要提供能量来启动反应，故B正确；C．合成氨反应是可逆反应，恒温恒容密闭容器中充入1ml和3ml，生成的小于2ml，充分反应后放出热量小于92.4kJ，故C正确；D．升高温度，反应物分子的能量增加，活化分子百分数增大，有效碰撞次数增多，化学反应速率加快，故D正确；故选A。
15．工业上利用碳热还原制得BaS，进而生产各种含钡化合物。温度对反应后组分的影响如图。
已知：碳热还原过程中可能发生下列反应。
ⅰ.
ⅱ. kJ/ml
ⅲ. kJ/ml
下列关于碳热还原过程的说法正确的是（ ）
A． kJ/ml
B．反应ⅱ在高温条件下自发进行
C．温度升高，的平衡常数K减小
D．反应过程中，生成的和CO的物质的量之和始终等于投入C的物质的量
【答案】B
【详解】A．已知ii.BaSO4(s)+4C(s)=4CO(g)+BaS(s) △H2=+571.2kJ·ml-1，
iii.BaSO4(s)+4CO(g)=4CO2(g)+BaS(s) △H3=-118.8kJ·ml-1，由盖斯定律可知：（ii+ iii）×可得BaSO4(s)+2C(s)=2CO2(g)+BaS(s)，故△H1=（△H2+ △H3）×=（571.2kJ·ml-1-118.8kJ·ml-1）×=+226.2 kJ·ml-1，A项错误；B．反应ⅱ为吸热反应，且为熵增反应，根据△G=△H-T△S<0反应可以发生，则高温时反应可以发生，B项正确；C．已知：ii.BaSO4(s)+4C(s)=4CO(g)+BaS(s) △H2=+571.2kJ·ml-1，
iii.BaSO4(s)+4CO(g)=4CO2(g)+BaS(s) △H3=-118.8kJ·ml-1，由盖斯定律可知：（ii- iii）×可得C(s)+CO2(g)2CO(g)，△H=（△H2-△H3）×=（571.2kJ·ml-1+118.8kJ·ml-1）×=+172.5 kJ·ml-1，反应正向为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，平衡常数K值增大，C项错误；D．为使硫酸钡得到充分还原，需要加入过量的碳，故反应过程中生成的CO2和CO的物质的量之和小于投入C的物质的量，D项错误；答案选B。
16．向某密闭容器中充入一定量的、混合气体，一定条件下发生反应： ，平衡时C的物质的量分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．该反应的B．该反应为熵减反应，
C．该反应一定能自发进行D．增大压强，该反应的平衡常数增大
【答案】B
【详解】A．由图可知，在同一压强下，升高温度，C的物质的量分数增大，平衡正向移动，而升高温度，平衡向吸热的方向进行，说明正反应为吸热反应，，A错误；B．作一条垂直于横坐标的直线可以看出，在同一温度下，增大压强，C的物质的量分数增大，平衡正向移动，而增大压强，平衡向着体积减小的方向移动，则a+b>c+d，该反应为熵减反应，，B正确；C．由选项A和B的分析知，、，则，反应不能自发进行，C错误；D．平衡常数只受温度的影响，温度不变，该反应的平衡常数不变，D错误；
故选B。
二、原理综合题
17．运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，已知在时的。请完成下列探究。
(1)时，在的反应容器中进行合成氨反应，一段时间后，测得的物质的量分别为，则此时反应正_____逆(填“>”、“＜”、“=”或“不能确定”)。
(2)若在恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，则合成氨反应的平衡_______移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
(3)下列关于工业合成氨的说法正确的是_______。
A．因为，所以该反应一定能自发进行
B．因为，所以该反应一定不能自发进行
C．在高温下进行是为了提高反应物的平衡转化率
D．使用催化剂不仅可以加快反应速率还可以降低反应所需的活化能
(4)氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径。
已知：
写出氨气催化氧化生成和水蒸气的热化学方程式_______。
【答案】(1)=
(2)向左
(3)D
(4)
【详解】（1）的物质的量分别为，此时Qc=，则反应处于平衡状态，正=逆，故答案为：=。
（2）恒温、恒压条件下向平衡体系中通入氩气，容器体积增大，相当于减小压强，平衡向气体分子数增大的方向移动，即平衡向左移动，故答案为：向左。
（3）A．反应能否自发进行由共同决定，需根据的相对大小判断，不能根据一方判断，因此的反应不一定自发进行，故A错误；B．反应能否自发进行由共同决定，需根据的相对大小判断，不能根据一方判断，因此的反应不一定不能发生，故B错误；C．该反应为放热反应，温度升高不利于平衡正向移动，不能提高反应物的转化率，工业采用高温是为了提高反应速率以及提高催化剂的活性，故C错误；D．使用催化剂可以降低反应的活化能，从而可以加快化学反应速率，故D正确；故答案为D。
（4）氨气催化氧化生成和水蒸气的反应为：，根据盖斯定律可知该反应==，该反应的热化学方程式为：，故答案为：。
18．甲醇是一种可再生能源，由制备甲醇可能涉及的反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
(1)反应Ⅱ的_______。反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为、、，则_______(用、表示)。
(2)反应Ⅰ能自发进行的条件是_______(填“较低温度”“较高温度”或“任何温度”)。
(3)下表是反应Ⅲ：在不同温度下化学平衡常数(K)
某温度下，将和充入的密闭容器中，充分反应后达平衡时，
①测得，则的转化率是_______，此时的温度为_______。
②要提高的转化率，可以采取的措施是_______。
A．适当升温 B．恒容充入 C．适当增大压强 D．恒容通入
③在此条件下，不可作为判断反应Ⅲ达到平衡状态的标志是_______。
A．混合气体的压强不再变化
B．、和的物质的量之比为1∶2∶1
C．混合气体的平均相对分子质量不再变化
D．的百分含量不再变化
【答案】(1) +41.19kJ/ml
(2)较低温度
(3) 80% 240℃ BC B
【详解】（1）反应Ⅰ减去反应Ⅲ得到反应Ⅱ，则； 方程式相减，则平衡常数相除，反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为、、，则；故答案为：；。
（2）反应Ⅰ是放热反应，熵减的反应，根据自由能，因此能自发进行的条件是较低温度；故答案为：较低温度。
（3）①测得，则反应生成甲醇0.8ml/L×2L=1.6ml，根据化学方程式，消耗的CO为1.6ml，则的转化率是，CO改变量为1.6ml，氢气改变量为3.2ml，甲醇生成量为1.6ml，平衡常数K=，则此时的温度为240℃；故答案为：80%；240℃。
②A．根据表格数据，温度升高，平衡常数减小，则该反应的正反应是放热反应，升温，平衡逆向移动，降低了H2的转化率，故A不符合题意；B．恒容充入CO，CO物质的量浓度增大，平衡正向移动，H2转化率增大，故B符合题意；C．该反应的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，H2转化率增大，故C符合题意；D．恒容下通入Ar，没有改变反应物和生成物的浓度，平衡不移动，H2的转化率不变，故D不符合题意；综上所述，答案为：BC。
③A．恒温恒容条件下，混合气体压强和混合气体的总物质的量成正比，该反应前后气体物质的量发生了变化，所以压强在未平衡前在一直变化，当压强不再改变时，反应达到了平衡状态，故混合气体压强不再变化可以作为判断平衡标志，故A不符合题意；B．CO 、H2和CH3OH的物质的量之比为1∶2∶1，等于方程式的系数比，和是否平衡无关，不能说明各物质的浓度不再变化，不能作为判断平衡标志，故B符合题意；C．平均相对分子质量等于气体总质量除以气体总物质的量，气体总质量不变，正向反应，气体总物质的量减小，气体平均相对分子质量增大，当混合气体的平均相对分子质量不再变化时反应达到平衡，则混合气的平均相对分子质量不再变化可以作为判断平衡的标志，故C不符合题意；D．氢气的百分含量不再变化，可以作为判断平衡的标志，故D不符合题意；综上所述，答案为：B。
19．2021年8月23日，第31个全国节能宣传周主题为“节能降碳，绿色发展”。“碳”这一概念稳居C位，碳达峰、碳中和、碳交易、碳固定等概念被多次提及。当前，二氧化碳的捕集、利用与封存已成为我国能源领域的一个重要战略方向。
(1)与相似，中各原子最外层都满足8电子结构，电子式可表示________。
(2)和在一定条件下可制取甲醇，反应如下：。在体积为的密闭容器中，充入和，发生上述反应。若10分钟后，容器内压强为原来的0.625倍，则0到10分钟，氢气的平均反应速率为________。
(3)将的混合气体充入恒温恒容密闭容器中，发生上述反应。下列事实能说明反应已达到平衡状态的是________(选填编号)。
A．CO2和H2的物质的量之比保持不变B．混合气体的平均相对分子质量不变
C．该反应的平衡常数保持不变D．体积分数保持不变
(4)该反应的平衡常数K的表达式为________。已知某温度下。该温度下，测得容器中、，此时，该反应化学反应速率___(选填“>”、“<”或“=”)，说明原因___________。
(5)向容积相同的恒容密闭容器中分别充入等量的和，在不同催化剂(M型、N型)条件下反应相同时间，转化率随反应温度变化如图。
①使用________(选填M、N)型催化剂反应的活化能更高。
②a点处，___(选填“>”、“<”或“=”)。
③b点不同催化剂作用下，的转化率相同且均有下降趋势的原因是_____________________________
(6)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解，发生反应：，该反应的____(选填“>”或“<”，下同)0，____0，在极低温下，该反应________(选填“能”或“不能”)自发进行。
【答案】(1)
(2)0.225ml/(L▪min)
(3)BD
(4) > Q=＜，则反应正向进行
(5) N > 反应达到平衡，该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则CO2的转化率降低
(6) > > 不能
【详解】（1）CO2是共价化合物，每个C原子都和O原子共用两对电子，使得C原子和O原子都达到8电子稳定结构，电子式为，O和S是同族元素，COS的电子式为 。
（2）同温同容下，气体压强之比等于物质的量之比，反应前混合气体的总物质的量为4ml，10min后容器内压强是原来的0.625倍，则气体的总物质的量为4ml×0.625=2.5ml，气体物质的量减少了4ml-2.5ml=1.5ml，根据反应方程式可知，每消耗3mlH2，则气体物质的量减少2ml，则反应掉的氢气的物质的量=(1.5×3)÷2=2.25ml，容器体积为1L，则消耗的氢气的物质的量浓度为2.25ml/L，则氢气的平均反应速率为2.25ml/L÷10min=0.225ml/(L▪min)。
（3）起始充入的n(CO2):n(H2)=1:3，发生：
A．起始充入的n(CO2):n(H2)=1:3，反应方程式里，CO2和H2的系数之比也为1:3，所以在反应过程中，CO2和H2的物质的量之比一直为1:3，所以CO2和H2的物质的量之比保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故A不选；B．该反应的反应物和生成物均为气体，混合气体总质量是不变的，该反应前后气体系数之和不相等，所以气体总物质的量是变化的，则在未平衡前，混合气体的平均相对分子质量是变量，当混合气体的平均相对分子质量不再变化时，反应达到平衡状态，故B选；C．反应的平衡常数只和温度有关，所以反应的平衡常数保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故C不选；D．CO2体积分数保持不变，说明反应达到了平衡，故D选；故选BD。
（4）平衡常数表达式是用平衡时生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积表示的，该反应的K=；已知某温度下，。该温度下，测得容器中、，此时，Q=＜，则反应正向进行，v正＞v逆。
（5）①未平衡之前，温度相同，催化效果越好，反应速率越快，相同时间内二氧化碳转化率高，平衡后，相同温度下二氧化碳转化率相同，故最高点左边的点未平衡，从图中可以看出，未平衡之前，在相同温度下，N型催化剂下的CO2转化率更低，所以N型催化剂下反应速率慢，活化能高；②结合①可知a点处反应还未达到平衡，反应正向进行，故v正>v逆；③结合①可知b点及右边的点反应均已达平衡，不同催化剂下，CO2的转化率相同的原因是反应达到平衡，该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，则CO2的转化率降低。
（6）的逆反应是CO燃烧放热的反应，则吸热，>0；该反应是气体分子数增多的反应，则>0；-T<0时反应能自发进行，该反应>0且>0，则在极低温下，该反应不能自发进行。
20．“碳中和”引起各国的高度重视，正成为科学家研究的热点课题。利用生产甲醇是资源化利用的一种有效途径。涉及的反应如下：
I．
Ⅱ．
Ⅲ．
Ⅳ.
(1)已知反应I和Ⅳ的焓变和熵变如下表所示
你认为哪个反应更适宜于甲醇的工业生产___________(填“反应I”或“反应Ⅳ”)；请应用“化学反应的方向”相关知识说明选择的理由___________。
(2)一定温度下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入气体和气体发生上述反应，达到平衡时，容器中为，CO(g)为，此时，反应Ⅲ的平衡常数为___________(用含a、b的代数式表示；不考虑反应Ⅳ)。
(3)不同压强下，按照投料，实验测定的平衡转化率和的平衡产率随温度的变化关系如下图所示：(已知：的平衡转化率 的平衡产率)
①下列说法正确的是___________(填字母；不考虑反应Ⅳ)。
A．纵坐标表示平衡转化率的是图乙
B．压强大小：
C．为同时提高的平衡转化率和的平衡产率，应选择低温低压的反应条件
②图乙中温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是___________。
(4)一定条件下，若只按反应Ⅰ进行，温度和时间对转化率的影响曲线如下图所示。若图中曲线对应的温度为523K，请在下图中作出温度为583K的影响曲线___________。
(5)反应I中，催化剂对转化率的影响如图所示。则下列说法正确的是___________。
A．催化效果最好的是催化剂Ⅲ
B．b点一定没有达到平衡
C．c点处的反应速率为：
D．a点后转化率下降的原因之一是温度升高，平衡逆向移动
【答案】(1) 反应I 理由：由自发可知，反应Ⅳ在任何条件下均不自发，而反应I在低温下可自发进行
(2)
(3) A 时以反应Ⅲ为主，反应Ⅲ前后气体分子数相等，压强改变对平衡没有影响
(4)
(5)BD
【分析】（3）由（1）表格数据知，反应I ，该反应为放热反应；根据盖斯定律，Ⅲ=I-Ⅱ，，反应Ⅲ为吸热反应，据此分析解答。
【详解】（1）反应要能自发进行，，由表格数据可知，反应Ⅳ在任何条件下均不自发，而反应I在低温下可自发进行，故答案为：反应I；理由：由自发可知，反应Ⅳ在任何条件下均不自发，而反应I在低温下可自发进行。
（2）达到平衡时，容器中为，CO(g)为，根据C元素守恒，，，根据O元素守恒，，，根据H元素守恒，，，则反应Ⅲ的平衡常数。
（3）①A．反应I为放热反应，故低温阶段，温度越高，CO2的平衡转化率越低，而反应Ⅱ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，则温度越高，CO2的平衡转化率越高，即图乙的纵坐标表示的是CO2的平衡转化率，A选项正确；B．反应I为气体分子数减少的反应，反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，因此低温阶段压强越大，CO2的平衡转化率越高，故压强由大到小的顺序是，B选项错误；C．由A和B选项分析知，图甲、图乙的纵坐标分别表示的平衡产率、的平衡转化率，且，由图像可知，应选择的反应条件为低温、高压，C选项错误；故选A。
②反应Ⅲ为吸热反应，温度较高时，主要发生反应Ⅲ，且反应Ⅲ前后气体分子数相等，故CO2的平衡转化率几乎不再受压强影响。
（4）升高温度，反应速率加快，达到平衡状态所需时间缩短，升高温度，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率降低，温度为583K的影响曲线为。
（5）A．由图可知，温度低于T4时，相同时间内，催化剂I作用下CO2的转化率最大，则催化剂I的催化效果最好，A错误；B．由图可知，a点时反应达到平衡状态，则b点时，反应未达到平衡状态，B正确；C．a点时反应达到平衡状态，a点之后属于平衡的移动，则c点为平衡点，，C错误；D．反应I为放热反应，升温平衡逆向移动，转化率降低，D正确；故选BD。
温度／
240
300
360
平衡常数(K)
2.04
0.27
0.012
反应
I
Ⅳ
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