人教版 (2019)选择性必修1第三节 化学反应的方向习题

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一、自发过程与自发反应的比较
二、化学反应的方向与焓变的关系
1．分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系
(1)H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是放热反应，ΔHS(l)>S(s)。
(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。
(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。
(2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。
(3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。
3．反应熵变与反应方向
(1)二者关系
eq \x(自发进行的化学反应)—eq \b\lc\|\rc\ (\a\vs4\al\c1(—大多数是熵增加的反应,—也有些是熵减小的反应))
(2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。
4．反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.35 J·ml－1·K－1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。
四、化学反应的调控
1．合成氨反应的特点
合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1。
(1)可逆性：反应为可逆反应。
(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。
(3)焓变：ΔH 不能 ab
【解析】（1）该反应是分解反应，且为CO的燃烧反应的逆向反应，因CO燃烧时放热，所以该反应为吸热反应，即，因气体的物质的量增多，所以,时，反应可自发进行，所以在高温下，该反应能自发进行，在低温下，该反应不能自发进行，故答案为：＞；＞；不能；
（2）a．开发高效催化剂，可以促使与转化为甲醇或其他化学产品，a符合题意；
b．将通过光催化剂制取的从反应体系中有效分离，使其与发生催化转化，b满足题意；
c．二氧化碳和水供应充足，不用考虑，c不满足题意；
故答案为：ab；
【学科素养拔高练】
16．（2023春·上海宝山·高二上海市行知中学校考期中）努力实现碳达峰、碳中和展现了我国积极参与和引领全球气候治理的大国担当，其中对于CO2的综合利用是实现碳中和的保证。
I.回收利用CO2解决空间站供氧问题物质转化如图所示：
反应A为CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g)，是回收利用CO2的关键步骤。
(1)将原料气按n(CO2)：n(H2)=1：4置于恒容密闭容器中发生反应A，在相同时间内测得H2O的物质的量分数与温度的变化曲线如图所示。理论上能提高CO2平衡转化率的措施为______(单选)。
A．升高温度B．及时从体系中移走水蒸气
C．恒容条件下向容器中冲入氩气D．提高原料气中CO2的比例
(2)下列能说明反应A已达平衡的是______(单选)。
A．生成4mlH2(g)的同时消耗2ml2H2O(g)
B．容器内混合气体的密度保持不变
C．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
D．容器内CO2与H2物质的量之比保持不变
(3)空间站的反应器内，通常采用反应器前段加热，后段冷却的方法来提高CO2的转化效率，可能的原因是______。
(4)在容积为1L的密闭容器中充入4mlH2(g)和1mlCO2(g)发生反应，测得10min时反应达到平衡状态，此时容器内H2O(g)的体积分数为0.25，若此时向容器内额外充入1mlH2(g)和0.5mlH2O(g)，则该平衡将向着______方向移动(填“正”或“逆”)。
II.某研究团队利用2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)生产乙烯。
在三个容积均为1L的密闭容器中以不同的氢碳比[]充入H2(g)和CO2(g)，在一定条件下CO2(g)的平衡转化率与温度的关系如图所示。
(5)下列说法不正确的是______(不定项)。
A．该反应的正反应活化能E1＞逆反应活化能E2
B．氢碳比：①＞②
C．在氢碳比为2.0时，Q点：v(正)＜v(逆)
D．该反应发生前后C原子的杂化方式发生改变
(6)在上述2L的密闭容器中充入2mlH2(g)和1mlCO2(g)发生反应，10min后到达P点，那么这10min内H2O(g)的反应速率为______。
【答案】(1)B
(2)C
(3)前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率
(4)正
(5)AC
(6)0.05ml•L-1•min-1
【解析】（1）A．升高温度，H2O的物质的量分数减小，说明平衡向逆反应方向进行，CO2平衡转化率降低，A错误；
B．及时从体系中移走水蒸气，平衡向正反应方向进行，CO2平衡转化率提高，B正确；
C．恒容条件下向容器中冲入氩气，各组分的浓度不变，平衡不移动，CO2平衡转化率不变，C错误；
D．提高原料气中CO2的比例，平衡向正反应方向移动，但是CO2起始量变大，CO2平衡转化率降低，D错误；
故答案为：B。
（2）A．CO2(g)+4H2(g)⇌CH4(g)+2H2O(g)，根据反应可知生成4mlH2(g)的同时消耗2ml2H2O(g)，未知H2的消耗量和H2O水的生成量，无法对比正逆反应的速率大小，不能确定反应是否平衡，A错误；
B．恒容容器，体积不变，混合气体总质量不变，混合气体的密度一直保持不变，不能确定反应是否平衡，B错误；
C．反应前后计量数之和不相等，当容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变，说明混合气体的物质的量之和不变，各组分的物质的量保持不变，则反应达到平衡，C正确；
D．投料比和化学计量数相等，则容器内CO2与H2物质的量之比始终与投料比相同，保持不变，正逆反应速率是否相等无法确定，不能确定反应是否平衡；
故答案为：C。
（3）通常采用反应器前段加热，后段冷却的方法来提高CO2的转化效率，可能的原因是前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率；
故答案为：前端加热，有利于加快反应速率；后段冷却，有利于提高CO2的转化率。
（4）向容器内额外充入1mlH2(g)和0.5mlH2O(g)，反应物浓度增加，平衡向正反应方向移动；
故答案为：正；
（5）A．温度升高，CO2(g)的平衡转化率降低，平衡向逆反应方向移动，则正反应为放热反应，该反应的正反应活化能E1v(逆)，C错误；
D．CO2中C原子价电子对数为2+=2，sp杂化，C2H4中的C原子的价电子对数为3+=3，sp2杂化，该反应发生前后C原子的杂化方式发生改变，D正确；
故答案为：AC。
（6）10min内转化CO2的物质的量为1ml ×50%=0.5ml，根据反应2CO2(g)+6H2(g)⇌C2H4(g)+4H2O(g)可知，生成水的物质的量为1ml，则10min内H2O(g)的反应速率为；
故答案为：0.05ml•L-1•min-1。
自发过程
自发反应
含义
在一定条件下，不需借助外力就能自发进行的过程
在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应
特征
具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行
举例
高山流水，自由落体，冰雪融化
钢铁生锈
应用
(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2
条件
提高反应速率
提高平衡转化率
综合结果
压强
高压
高压
高压
温度
高温
低温
兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性
催化剂
使用
无影响
使用
浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度，降低生成物浓度
增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10 MPa～30 MPa)
温度
适宜温度，400～500 ℃
催化剂
使用铁触媒做催化剂
浓度
N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度、减小生成物的浓度
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
无
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
ΔH＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
Δνg＜0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δνg＞0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
0
2
4
6
8
0
1.6
2.8
3.6
3.6