高中第三节 化学反应的方向精品复习练习题

2.3 化学反应的方向

综合训练

一、单选题（共12小题，每小题只有一个选项符合题意）

1．汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)，是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，反应原理：2NO(g)＋2CO(g)= N2(g)＋2CO2(g)，在298 K、100 kPa下，ΔH＝－113 kJ·mol－1、ΔS＝－145 J·mol－1·K－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

C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂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

【答案】B

【解析】A.该反应为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，A正确；

B.常温下， ，故该反应常温下可自发进行，B错误；

C. 该反应常温下可自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率，故C正确；

D.和均会与血红蛋白结合而使人中毒，D正确；

答案选B。

2．工业上用CO2来生产燃料甲醇的反应为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。下列关于该反应的说法中，正确的是（    ）

A．ΔH<0，ΔS<0 B．ΔH<0，ΔS>0

C．ΔH>0，ΔS>0 D．ΔH>0，ΔS<0

【答案】A

【解析】依据反应和图像：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)，为气体分子数减少的反应，则为熵减少的反应，即△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，该反应是放热反应，即△H＜0；

答案选A。

3．在如图甲所示的A、B两容器里，分别充满两种互不反应的气体。若将中间活塞打开(如图乙所示)，两种气体分子都逐渐扩散到两个容器中。这是一个不伴随能量变化的自发过程。下列关于此过程的说法不正确的是

A．此过程体系无序程度增大，即属于熵增加的过程

B．此过程中没有热量的吸收或放出

C．此过程是从有序到无序的过程，无序程度增大

D．此过程的逆过程也是自发进行的

【答案】D

【解析】A和C．由两种气体分子都逐渐扩散到两个容器中可知，该过程体系无序程度增大，属于熵增加的过程，A、C项正确；

B．该过程为不伴随能量变化的自发过程，故没有热量的吸收或放出，B项正确；

D．该过程是自发进行的，则它的逆过程是非自发的，D项错误；

故选D。

4．下列内容与结论相对应的是

A．A B．B C．C D．D

【答案】B

【解析】A．物质由气态变为液态，体系无序程度减小，即，A项不正确；
B．硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，，可自发进行，B项正确；
C．一个反应的、，根据二者的共同影响可知，高温时可以使，即高温条件下，反应能自发进行，C项不正确；
D．由、知，，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项不正确；
故选B。

5．下列判断正确的是

A．一定温度下，反应能自发进行，该反应的

B．反应常温下可自发进行，该反应为吸热反应

C．反应的

D．在常温下能自发进行，则该反应的

【答案】A

【解析】A．反应为熵减的反应，且在一定温度下均能自发进行，故根据可知，反应均属于放热反应，A正确，

B．反应为熵减反应，且一定温度下均能自发进行，故根据可知，反应均属于放热反应，B不正确；

C．反应为熵减反应，，C不正确；

D．反应均为熵减反应，且在一定温度下均能自发进行，故根据可知，反应均属于放热反应，D不正确；

故选A。

6．关于反应，下列说法不正确的是

A．焓变，熵变

B．可以把反应设计成原电池，实现能量的转化

C．一定条件下，若观察不到水的生成，说明该条件下反应不能自发进行

D．选用合适的催化剂，有可能使反应在常温常压下以较快的速率进行

【答案】C

【解析】A．氢气在氧气中燃烧生成液态水的反应是一个放热的熵减反应，A项正确；

B．该反应是一个自发的氧化还原反应，可以把该反应设计成原电池，将化学能转化为电能，B项正确；

C．是否能观察到有水生成除了与反应能否自发进行有关外，还与反应的速率有关，观察不到有水生成，不能说明该条件下反应不能自发进行，C项错误；

D．使用合适的催化剂，有可能使氢气和氧气在常温常压下快速反应，D项正确；

答案选C。

7．下列属于非自发过程的是（    ）

A．和混合 B．常温常压下，石墨转化为金刚石

C．和化合生成 D．

【答案】B

【解析】A．N2和O2化合是焓变小于0，熵变基本不变的反应，能自发进行，故A不符合题意；

B．石墨是比金刚石稳定的单质，石墨转化为金刚石是吸热反应，且熵变小于0的反应，因此常温常压下是非自发过程，故B符合题意；

C．H2和O2化合生成H2O的反应的，，低温时，，属于自发过程，故C不符合题意；

D．C和O2的反应是放热反应，熵变基本不变，在低温下能自发进行，故D不符合题意。

综上所述，答案为B。

8．已知：△G=△H－T△S，当△G＜0，反应能自发进行，△G＞0反应不能自发进行。下列说法中正确的是

A．非自发反应在任何条件下都不能发生

B．熵增加且放热的反应一定是自发反应

C．自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应

D．凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应

【答案】B

【解析】A. 非自发反应在一定条件下也能发生，如碳酸钙的分解反应在常温下不能自发进行，在高温下就可以自发进行，故A错误；B. 熵增加且放热的反应，△S＞0、△H＜0，则△G=△H－T△S＜0，反应一定能自发进行，故B正确；C.反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以熵增加、熵减小或熵不变的反应都可能自发进行，故C错误；D. 根据上述分析可知，反应能否自发进行，由熵变、焓变和反应温度共同决定，所以放热反应或吸热反应都可能自发进行，故D错误；答案选B。

9．考察下述自然界的一些自发变化，可发现它们有一些共同的特点。下列说法不正确的是

A．都有一定的方向性，按某一物理量标度由高到低自发进行

B．都可以用来做功，自发过程一旦发生后体系做功的本领就会降低

C．有一定的进行限度，自发过程总是单向地趋向于非平衡状态

D．有一定的数据差来判断自发变化能否发生

【答案】C

【解析】A．由图示可得，这些自然界中的自发变化，都是由高到低自发进行的，都有一定的方向性，故A正确；

B．由图示可得，这些自然界中的自发变化，都会对外作功，随着自发过程的进行，高低差逐渐减小，做功的本领逐渐降低，故B正确；

C．由图示可得，这些自然界中的自发变化，随着自发过程的进行，自发反应总是单向地趋向于平衡状态，如气压相等时，就不能再起风，但空气仍在运动，故C错误；

D．由图示可得，这些自然界中的自发变化，都是由高到低自发进行的，都存在一定的数据差，当这些数据差为0时，就达到了平衡状态，故D正确；

故选C。

10．下列说法错误的是

A．ΔH＜0，ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行

B．一定温度下，反应MgCl2(l)⇌Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0

C．反应NH3(g)＋HCl(g)==NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0

D．NH4HCO3(g)==NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) 　ΔH＝185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向

【答案】A

【解析】A. 根据△G=△H-T△S判断，对于ΔH＜0，ΔS＞0的反应，在任何温度时，△G＜0，反应均能自发进行，故A错误；

B. 反应MgCl2(l)⇌Mg(l)＋Cl2(g)为分解反应，故为吸热反应，则ΔH＞0，反应物无气体，生成物有气体，则ΔS＞0，故B正确；

C. 该反应NH3(g)＋HCl(g)==NH4Cl(s)的ΔS＜0，在室温下可自发进行，则△G=△H-T△S＜0，则该反应的ΔH＜0，故C正确；

D. 该反应的ΔH＞0，由于该反应是固体反应物生成气体，△S＞0，则该反应在一定条件下能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向，故D正确；

故选A。

11．下列说法正确的是

A．的化学反应均是自发反应

B．的反应均不能自发进行

C．，该反应一定能自发进行

D．，该反应一定不能自发进行

【答案】C

【解析】A．对于(放热)的化学反应，当时，可能大于0，故可能为非自发反应，A项错误；
B．对于(熵减小)的反应，当时，可能小于0，故可能为自发反应，B项错误；
C．在一定温度和压强下，，的反应一定能自发进行，C项正确；
D.，的反应可在高温下自发进行，D项错误；
故选C。

12．下列对化学反应预测正确的是(　　)

A．A B．B C．C D．D

【答案】D

【解析】A．M(s)═X(g)+Y(s)，反应中气体的化学计量数增大，为熵增大的反应，△S＞0，△H＞0，根据△H-T△S＜0，在高温条件下能自发进行，故A错误；

B．4M(s)+N(g)+2W(l)═4Q(s)为气体的化学计量数减小的反应，△S＜0，当△H＞0时，△H-T△S＞0，一定不能自发进行，故B错误；

C．4X(g)+5Y(g)═4W(g)+6G(g)反应为气体的化学计量数增大的反应，△S＞0，所以当△H＜0，一定满足△H-T△S＜0，反应一定能够自发进行，当△H＞0时，当高温时，△H-T△S＜0，成立，可以自发进行，故C错误；

D．W(s)+G(g)═2Q(g)反应为气体的化学计量数增大的反应，△S＞0，△H＜0，则一定满足△H-T△S＜0，反应能够自发进行，故D正确；

故选D。

二、非选择题（共6小题）

13．正误判断(正确的写“对”，错误的写“错”)

（1），温度升高，K增大，则CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)  △H>0 。（     ）

（2）放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行。（     ）

（3）一定温度下，反应MgCl2(l)=Mg(l)+Cl2(g)的△H<0、△S>0。（      ）

（4）2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的△H>0。（      ）

（5）CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△H<0。（     ）

【答案】错    对    对    错    错   

【解析】（1）根据化学平衡常数的表达式，该反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，温度升高，K增大，说明升高温度，平衡向正反应方向移动，即△H>0，故（1）错误；

（2）过程的自发性只能用于判断过程的的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率，故（2）正确；

（3）该反应为分解反应，△H>0，有气体的生成，属于熵增，即△S>0，故（3）正确；

（4）根据反应方程式，该反应为熵减，即△S<0，根据复合判据，能自发进行，△G<0，推出△H<0，故（4）错误；

（5）根据△G=△H－T△S，根据反应方程式，该反应为熵减，△S<0，常温下不能自发进行，△G>0，推出，故（5）错误。

14．回答下列问题：

(1)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∆H________(填“>”或“<”，下同)0，∆S_______0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。

(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为。反应在常温下能够自发进行，则反应的∆H______(填“>”或“<”)0。

(3)已知在、时石灰石分解反应的、。

①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。

②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。

(4)已知，该反应能够自发进行的反应条件是______。

(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的∆S_____(填“>”或“<”)0。

【答案】>    >    不能    <    不能    能    高温    >   

【解析】(1)由于在中燃烧生成为放热反应，则二氧化碳分解生成和氧气的反应为吸热反应，，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，，故低温下，反应不能自发进行。

(2)时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下，常温下反应能够自发进行，则。

(3)①根据时反应自发进行，已知，，则常温下不能自发进行；

②该反应的、，高温条件下能使，而常温条件下，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素。

(4)该反应的、，则高温时，反应能自发进行。

(5)已知某吸热反应能自发进行，即，，则。

15．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：

①CH4(g)C(s)+2H2(g)，②2CH4(g)C2H2(g)+3H2(g)。

某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，在图书馆查到如下热力学数据：

①反应的ΔH(298 K)="+74.848" kJ/mol，ΔS(298 K)="+80.674" J/(mol·K)

②反应的ΔH(298 K)="+376.426" kJ/mol，ΔS(298 K)="+220.211" J/(mol·K)

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）反应①属于   (填“高温”或“低温”)自发反应。

（2）判断反应①自发进行是由   (填“焓变”或“熵变”)决定的。

（3）通过计算判断反应①在常温下能否自发进行。_________________________________。

（4）求算制取炭黑的允许温度范围：_______________________________。

（5）为了提高甲烷的炭化程度，你认为下面四个温度中最合适的是   (填字母)。

【答案】（1）高温 （2）熵变

（3）ΔH-TΔS="74.848" kJ/mol-80.674×10-3 kJ/(mol·K)×298 K≈50.807 kJ/mol>0，所以反应①在常温下不能自发进行

（4）927.8~1 709.4 K （5）C

【解析】（1）由于用天然气制取炭黑的反应是一个吸热、熵增的反应，只有在高温下才会有ΔH-TΔS<0，反应正向自发进行，所以反应①在高温时能自发进行。（2）因为反应①吸热，不利于反应的自发进行；而熵增有利于反应的自发进行，所以反应①能否自发进行由熵变决定。（3）ΔH-TΔS="74.848" kJ/mol-80.674×10-3 kJ/(mol·K)×298 K≈50.807 kJ/mol>0，所以反应①在常温下不能自发进行。（4）天然气裂解为炭黑时，ΔH-TΔS="74.848" kJ/mol-80.674×10-3 kJ/(mol·K)×T<0，得T>927.8 K，即天然气裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。天然气裂解为乙炔时，ΔH-TΔS="376.426" kJ/mol-220.211×10-3 kJ/(mol·K)×T<0，得T>1 709.4 K，即温度高于1 709.4 K时天然气会自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，温度需控制在927.8~1 709.4 K之间。（5）根据（4）中计算出的温度范围，可知C项符合题意。

16．已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之亦然。

(1)已知2CO(g)CO2(g)＋C(s)，T＝980 K时ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS________0(填“大于”、“小于”或“等于”，下同)；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS________0。

(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g) ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ/mol，ΔS(298.15 K)＝－75.8 J/(mol·K)，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度是________。

(3)化学反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、100 kPa下：ΔH＝－113.0 kJ/mol，ΔS＝－145.3 J/(mol·K)，反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。

【答案】小于    大于    小于1240 K    能   

【解析】(1)C(s)＋CO2(g) 2CO(g)的反应为吸热反应，ΔH>0，则2CO(g) CO2(g)＋C(s)为放热反应，ΔH<0，且该反应ΔS<0，则当T<980 K时，ΔH－TΔS<0，T>980 K时，ΔH－TΔS>0。(2)由题给信息，要使反应能自发进行，须有ΔH－TΔS<0，即－94.0 kJ/mol－T×[－75.8 J/(mol·K)×10－3 kJ/J]<0，则T < ≈1.24×103 K。(3)298 K时，ΔH－TΔS＝－113.0 kJ/mol－298 K×[－145.3×10－3kJ/(mol·K)]≈－69.7 kJ/mol<0，因此常温下该反应能自发进行。

17．某化学兴趣小组为了研究部分ⅥA族元素及其化合物的部分性质，查阅资料如下：

①酸性：；

②O、S、与的化合越来越难，与不能直接化合；

③由不同元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图所示。

请回答下列问题：

(1)S与的化合反应_________(填“吸收”或“放出”)热量。

(2)已知的分解反应的，请解释与不能直接化合的原因______________。

(3)题述信息中能说明S的非金属性强于的是_________(填序号)。

【答案】放出    反应的，反应不能自发进行    ①②③   

【解析】(1)由题图可知，S与的化合反应的，为放热反应。
(2)由题图可知，与的化合反应的，的分解反应的，则与化合生成的，即与的化合反应的，反应不能自发进行。
(3)①最高价氧化为的水化物的酸性越强，相应元素的非金属性越强，故①可以说明S的非金属性强于Se；
②非金属单质和氢气化合越困难，相应元素的非金属性越弱，故②可以说明S的非金属性强于Se；
③从图中可以看出，硫和氢气化合是放热反应，而Se和氢气化合是吸热反应，说明硫比硒易与氢气化合，故③可以说明 S的非金属性强于Se；
故选①②③。

18．(1)已知在、时，反应，，若该反应的和不随温度变化而变化，则保持该反应能自发进行的温度应低于_______(结果保留整数)。

(2)已知：，则水的沸点是_______(结果保留1位小数)。

(3)已知在时，由石墨转化为金刚石的反应的，，石墨的熵S石，则金刚石的熵S金=________，这两种碳的同素异形体中更有序的是________。

【答案】            金刚石   

【解析】(1)在、时，题给反应的，，则有。要使反应能自发进行，需使，即，则，因此保持该反应能自发进行的温度应低于。
(2)在水沸腾时，，则。
(3)石墨转化为金刚石的反应为，，即，解得S金=。体系的熵值越小越有序，通过上述计算知，S金＜S石，则金刚石比石墨更有序。