高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 化学反应进行的方向当堂达标检测题

第四节　化学反应进行的方向

基础过关练

题组一　自发过程与自发反应

1.(2020广东惠州一中高二月考)下列说法中正确的是(　　)

A.能自发进行的反应一定能迅速发生

B.非自发进行的反应一定不能发生

C.能自发进行的反应实际可能没有发生反应

D.常温下,2H2O2H2↑+O2↑,即常温下水的分解反应是自发反应

2.(2021甘肃天水第一中学高二月考)下列说法不正确的是 (　　)

A.体系有序性越高,熵值就越低

B.有些自发过程可以导致体系的熵减小

C.吸热反应不可以自发进行

D.同种物质气态时熵值最大

3.(2020江西上饶“山江湖”协作体高二期中)下列说法中正确的是              (　　)

A.NH4NO3溶于水吸热,说明其溶于水不是自发过程

B.常温下,反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)为熵增加的反应,可以自发进行

C.熵增加且放热的反应一定是自发反应

D.非自发反应在任何条件下都不能实现

4.2020年,全球爆发新型冠状病毒肺炎疫情,消毒剂成为市场短缺商品。H2O2是一种重要的消毒剂,利用H2可制备H2O2:H2(g)+O2(g) H2O2(l)　ΔH。

该反应分为如下两步进行:

反应Ⅰ:H2(g)+X(l) Y(l)　ΔH1

反应Ⅱ:……　ΔH2

已知:X、Y为有机物,反应Ⅰ和反应Ⅱ都能自发进行。下列有关推断不正确的是              (　　)

A.反应Ⅱ为O2(g)+Y(l) X(l)+H2O2(l)　ΔH2=ΔH-ΔH1

B.有机物X是催化剂

C.总反应中正反应活化能E1大于逆反应活化能E2

D.ΔH1、ΔH2均小于0

题组二　化学反应方向的判断

5.下列在常温下能自发进行的反应,既能用焓判据解释又能用熵判据解释的是              (　　)

A.HCl(g)+NH3(g) NH4Cl(s)

B.2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s) 2NH3(g)+CaCl2(s)+2H2O(l)

C.2Na2O2(s)+2H2O(l) 4NaOH(aq)+O2(g)

D.Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s) BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)

6.(2020河北衡水安平中学高二月考)下列反应在任何温度下均能自发进行的是              (　　)

A.2H2O2(l)O2(g)+2H2O(l)　ΔH=-196 kJ·mol-1

B.2N2(g)+O2(g)2N2O(g)　ΔH=+163 kJ·mol-1

C.2Ag(s)+Cl2(g)2AgCl(s)　ΔH=-254 kJ·mol-1

D.2HgO(s)2Hg(l)+O2(g)　ΔH=+182 kJ·mol-1

7.(2021山东滕州第一中学高二月考)下列说法中错误的是 (　　)

A.2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g) 2CaSO4(s)+2CO2(g)在低温下能自发进行,则该反应的ΔH<0

B.NH4Cl(s) NH3(g)+HCl(g)在室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH>0

C.若ΔH<0,ΔS>0,化学反应在任何温度下都能自发进行

D.加入合适的催化剂能降低反应活化能,从而改变反应的焓变

8.(2021广东广州高二月考)实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上用CO2来生产燃料甲醇的一种反应是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。下列说法中正确的是              (　　)

A.该反应的ΔH<0,ΔS<0,该反应在任何温度下都能自发进行

B.该反应的ΔH>0,ΔS>0,该反应在高温时能自发进行

C.该反应的ΔH<0,ΔS<0,该反应在低温时能自发进行

D.该反应的ΔH<0,ΔS>0,该反应在任何温度下都不能自发进行

9.(2020辽宁六校协作体高二上期中联考)橡皮筋在拉伸和收缩状态时结构如图,在其拉伸过程中有放热现象。25 ℃、101 kPa时,下列过程的焓变、熵变和自发性与橡皮筋从拉伸状态到收缩状态一致的是              (　　)

A.CaCO3 CaO+CO2↑

B.NaOH的溶解

C.2H2+O2 2H2O

D.Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl BaCl2+2NH3↑+10H2O

能力提升练

1.(2021重庆合川实验中学高二期中,疑难1,)某化学学习小组查阅资料得知:N2(g)+2O2(g) 2NO2(g)　ΔH=+62 kJ/mol,他们对反应的自发性进行了讨论,下列结论合理的是              (　　)

A.任何温度下都能自发进行

B.较高温度下可自发进行

C.较低温度下可自发进行

D.任何温度下都不能自发进行

2.(2021辽宁省实验中学高二月考,)关于化学反应进行的方向叙述正确的是              (　　)

A.ΔH<0,ΔS>0时,反应自发进行,如金属钠和水的反应

B.凡是放热反应都是自发的,吸热反应都是非自发的

C.自发反应一定是熵增大,非自发反应一定是熵减小

D.过程的自发性不仅能用于判断过程的方向,还能确定过程是否一定能迅速发生

3.(2020河北邢台高三第二次月考,疑难1、2,)下列说法中正确的是              (　　)

A.ΔH>0、ΔS>0的反应一定可以自发进行

B.氯酸钾分解是一个熵增的过程

C.水分解产生氢气、氧气的反应常温下可自发进行

D.可逆反应正向进行时,正反应具有自发性,ΔH一定小于零

4.(2020黑龙江鹤岗一中高二月考,疑难2,)下列有关说法正确的是 (　　)

A.SO2(g)+H2O(g)H2SO3(l),该反应为熵增的反应

B.2CO(g)2C(s)+O2(g)　ΔH>0,ΔS<0,该反应能自发进行

C.SO2(g)+2H2S(g)3S(s)+2H2O(l),该反应为熵增的反应

D.Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)　ΔH>0,此反应在常温下可发生

5.(2021内蒙古包头一中高二月考,疑难1,)下列对于化学反应方向说法正确的是              (　　)

A.反应2A(g)+B(g) 3C(s)+D(g)在一定条件下能自发进行,说明该反应的ΔH>0

B.常温下反应2Na2SO3(s)+O2(g) 2Na2SO4(s)能自发进行,则ΔH<0

C.反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)能自发进行,则该反应的ΔH>0

D.一定温度下,反应2NaCl(s) 2Na(s)+Cl2(g)的ΔH<0、ΔS>0

6.(疑难1,)已知在不同温度下,甲烷隔绝空气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,查阅资料,得到如下热力学数据:

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

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

已知,上述反应的焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学回答下列问题:

(1)反应①在　　　　(填“高温”或“低温”)下能自发进行。 

(2)制取炭黑的允许温度范围:　　　　。 

(3)为了提高甲烷的炭化程度,下列温度最合适的是　　　　(填字母)。 

A.905.2 K　　　　　　　B.927 K　

C.1 273 K　　　　　　　D.2 000 K

7.(疑难2,)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SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g) SiF4(g)+2H2O(g)　ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ·mol-1、ΔS(298.15 K)=-75.8 J·mol-1·K-1,设ΔH和ΔS不随温度而变化,则此反应自发进行的温度范围是　　　　。 

8.(疑难1、2,)向锥形瓶中加入约20 g NH4Cl晶体,在一小木板上洒少量水,将锥形瓶放在小木板上,再向锥形瓶中加入约40 g Ba(OH)2·8H2O,如图所示。用玻璃棒将固体充分混合均匀,静置。

回答下列问题:

(1)拿起小木板时发现　　　　　　　　　　,证明该反应的ΔH　　(填“大于”或“小于”)0。 

(2)写出该反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　,该反应中有　　生成,可证明ΔS　　　(填“大于”或“小于”)0。 

(3)下列变化过程的焓变和熵变与该实验中的反应相同的是　　　　(填字母)。 

A.NH4NO3溶于水　　　　　　B.CaCO3的分解反应

C.NaOH溶于水　　　　　　D.甲烷的燃烧

答案全解全析

基础过关练

1.C　反应的自发性只表明反应具有能自发进行的趋势,并不能说明反应一定发生,A项错误,C项正确;非自发反应在有外力作用时有可能发生,B项错误;常温下水的分解反应为非自发进行的反应,D项错误。

2.C　体系有序性越高,即体系的混乱程度越小,熵值越低,A项正确;有些熵减小的过程也能自发进行,如-10 ℃的液态水会自动结冰成为固态,B项正确;吸热反应ΔH>0,若ΔS>0,反应在高温下ΔH-TΔS<0,反应能自发进行,C项错误;同种物质熵值:气态>液态>固态,即气态时熵值最大,D项正确。

3.C　NH4NO3溶于水是混乱度增大的过程,能够自发进行,A项错误;该反应为吸热反应,ΔH>0,且熵增,ΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS,可知该反应在高温下才能自发进行,B项错误;熵增且放热的反应一定是自发反应,C项正确;有些非自发反应在特定条件下能实现,如H2O分解为H2和O2是非自发反应,在电解条件下能实现,D错误。

4.C　根据盖斯定律可知,反应Ⅱ=总反应-反应Ⅰ,即反应Ⅱ为O2(g)+Y(l) X(l)+H2O2(l)　ΔH2=ΔH-ΔH1,A项正确;结合反应Ⅰ和反应Ⅱ可知,X是总反应的催化剂,Y是中间产物,B项正确;反应Ⅰ、Ⅱ都是熵减的反应,能自发进行,说明均为放热反应,推知总反应为放热反应,即ΔH=E1-E2<0,E1<E2,C项错误;结合上述分析,可知ΔH1、ΔH2均小于0,D项正确。

5.C　A项,两种气体生成一种固体,熵减小,不能用熵判据解释,不符合题意;B项,该反应为吸热反应,不能用焓判据解释,不符合题意;C项,该反应是放热反应,能用焓判据解释,同时,固体与液体反应生成了气体,熵增加,也能用熵判据解释,符合题意;D项,NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3,熵增加,能用熵判据解释,但该反应为吸热反应,不能用焓判据解释,不符合题意。

6.A　A项反应ΔH<0、ΔS>0,任何温度下都能自发进行,正确;B项反应ΔH>0、ΔS<0,任何温度下都不能自发进行,错误;C项反应ΔH<0、ΔS<0,高温下不能自发进行,错误;D项反应ΔH>0、ΔS>0,低温下不能自发进行,错误。

7.D　2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g) 2CaSO4(s)+2CO2(g)　ΔS<0,在低温下能自发进行,则反应的ΔH<0,A项正确;NH4Cl(s) NH3(g)+HCl(g)的ΔS>0,在室温下不能自发进行,说明反应的ΔH>0,B项正确;若ΔH<0,ΔS>0,反应在任何温度下都能自发进行,C项正确;催化剂能降低反应活化能,但不能改变反应的焓变,D项错误。

8.C　根据图示可知CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)为放热反应,即ΔH<0,且该反应是熵减的反应,即ΔS<0。根据ΔG=ΔH-TΔS,T较小时满足ΔG<0,即该反应在低温时能自发进行。

9.D　A项为吸热且熵增的反应,但CaCO3在25 ℃、101 kPa下不会自发分解,不符合题意;B项,NaOH的溶解为放热过程,不符合题意;C项为放热且熵减的反应,不符合题意;D项为吸热且熵增的反应,在25 ℃、101 kPa时能自发进行,符合题意。

能力提升练

1.D　该反应ΔH>0、ΔS<0,ΔG=ΔH-TΔS,在任何温度下均存在ΔG>0,即任何温度下都不能自发进行。

2.A　熵增ΔS>0,且放热ΔH<0,即ΔH-TΔS<0,一定是自发反应,A项正确;放热反应不一定是自发的,如ΔH<0,ΔS<0的反应在高温下是非自发反应,B项错误;反应满足ΔH-TΔS<0就能自发进行,即自发反应不一定熵增,非自发反应不一定熵减,C项错误;过程的自发性仅能用于判断过程的方向,不能确定过程是否一定能发生,D项错误。

3.B　A项,ΔH>0、ΔS>0的反应在高温下可自发进行,错误;B项,2KClO3(s) 2KCl(s)+3O2(g),为熵增的反应,正确;C项,水分解生成H2和O2的反应ΔH>0、ΔS>0,在高温下可自发进行,错误;D项,可逆反应的正反应具有自发性,ΔH可能大于0也可能小于0,错误。

4.D　A项反应,为熵减小的反应,错误;B项反应,在任何温度下都不能自发进行,错误;C项反应,由气体生成固体和液体,为熵减小的反应,错误;D项反应,在常温下可发生,正确。

5.B　反应ΔS<0,在一定条件下能自发进行,ΔH应小于0,A项错误;反应ΔS<0,由ΔG=ΔH-TΔS<0可知,反应常温下可自发进行应满足ΔH<0,B项正确;反应ΔS<0,反应能自发进行,由ΔG=ΔH-TΔS<0可知,ΔH<0,C项错误;反应ΔS>0,该反应为分解反应,即反应ΔH>0,D项错误。

6.答案　(1)高温　(2)927.8~1 709.4 K　(3)C　

解析　(1)由于反应①是吸热的熵增反应,只有在高温下才满足ΔH-TΔS<0,即反应①在高温下能自发进行。(2)天然气裂解为炭黑时,ΔH-TΔS=74.848 kJ/mol-80.674×10-3 kJ/(mol·K)×T<0,解得T>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,解得T>1 709.4 K,即温度高于1 709.4 K时,天然气会自发裂解为C2H2和H2。故要制取炭黑,温度需控制在927.8~1 709.4 K之间。(3)根据上述分析,为了提高甲烷的炭化程度,选项中最合适的温度为1 273 K。

7.答案　(1)小于　大于　(2)T<1 240 K

解析　(1)C(s)+CO2(g) 2CO(g)为吸热反应,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)由题给信息可知,要使反应能自发进行,应有ΔH-TΔS<0,即-94.0 kJ·mol-1-T×(-75.8×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0,则T<≈1 240 K。

8.答案　(1)锥形瓶“粘”在木板上　大于

(2)2NH4Cl+Ba(OH)2·8H2O BaCl2+2NH3↑+10H2O　气体　大于

(3)AB

解析　(1)由题图可知,木板与锥形瓶“粘”在一起,说明该反应吸热。(2)该反应中有NH3生成,是一个熵增的反应。(3)该实验中的反应为ΔH>0,ΔS>0的反应,A、B项均符合;C、D项过程均放热。