2.3化学反应的方向同步练习题
一、选择题
1．由反应物X分别转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是
A．X→Y反应的
B．X→Z反应的
C．X→Y反应在任意条件下都能自发进行
D．相同条件下X→Y反应比X→Z反应更难发生
2．关于化学反应进行的方向叙述正确的是
A．加入催化剂可以使反应在低温下由非自发变为自发，从而提高产率
B．，时，反应可以自发进行，例如固体与固体混合
C．常温下，反应的
D．因为和都与反应的自发性有关，因此或均可单独做为判断自发性的判据
3．下列说法中错误的是
A．焓降低且熵增加的反应，在任何温度下都能自发进行
B．对于等物质的量的同一物质在不同状态时的熵值：气态>液态>固态
C．平衡常数K值越大，则可逆反应进行越完全，反应物的转化率越大
D．凡是能量达到活化能的分子发生的碰撞均为有效碰撞
4．一定温度下，在密闭容器中发生反应：。下列说法正确的是
A．在恒容条件下，向平衡体系中充入惰性气体，平衡不移动
B．在恒压条件下，向平衡体系中加入，的转化率不变
C．混合气体的物质的量不再发生变化可说明反应达到平衡
D．该反应在任何温度下都能自发进行
5．知道了某过程有自发性之后，则
A．可判断出过程的方向 B．可确定过程是否一定会发生
C．可预测过程发生完成的快慢 D．可判断过程的热效应
6．下列表述正确的是
A．△H＞0和△S＞0的反应，在任何温度下都不能自发进行
B．根据 可知氢气的燃烧热为571.6 kJ/mol
C．HCl溶液和NaOH溶液反应的中和热△H =-57.3 kJ/mol，则含2 mol硫酸的稀溶液与足量氢氧化钡溶液反应放热为114.6 kJ
D．已知 ， ，则△H1＜△H2
7．侯氏制碱法以氯化钠、二氧化碳、氨和水为原料，发生反应。将析出的固体灼烧获取纯碱，向析出固体后的母液中加入食盐可获得副产品氯化铵。通过以下两步反应可实现分解产物的分离。
反应I：
反应II：
下列说法不正确的是
A．反应能自发的主要原因是
B．反应I的平衡常数可表达为
C．升高温度，反应II中v(逆)增大
D．如图所示的MgO晶胞中距离最近的有4个
8．25℃和1.01×105Pa时，CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49kJ·mo1-1，该反应能自发进行的原因是
A．是吸热反应 B．是放热反应
C．是熵减少的反应 D．熵增大效应大于焓效应
9．下列说法不正确的是
A．焓变是一个反应能否自发进行相关的因素，多数放热反应能自发进行
B．自发进行的反应一定能迅速进行
C．在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大
D．一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关
10．下列反应中，熵显著增加的反应是
A．CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)
B．CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
C．C(s)+O2(g)=CO2(g)
D．2Na(s)+O2(g)=Na2O(s)
11．可将机动车尾气中的转化为［反应为］，对于反应，下列说法正确的是
A．该反应在任何条件下都能自发进行
B．反应的平衡常数可表示为
C．使用高效的催化剂可以降低反应的焓变
D．其它条件不变，增大的值，的转化率下降
12．对于密闭容器中反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，下列说法正确的是
A．反应的ΔS＞0
B．反应的平衡常数可表示为K=
C．增大体系的压强能提高SO2的反应速率和转化率
D．使用催化剂，该反应的反应热 ΔH将减少
13．下列说法正确的是
A．非自发反应就是一定不能实现的反应
B．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判据
C．反应2Mg(s)+CO2(g)=C(s)+2MgO(s) 能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．反应NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57 kJ·mol-1 能自发进行，原因是熵增效应大于焓增效应
14．下列说法正确的是
A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的
B．自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小
C．体系自由能变化ΔG=ΔH-TΔS：当ΔH＜0，ΔS＞0时，反应能自发进行
D．体系自由能变化ΔG=ΔH-TΔS：当ΔH＞0，ΔS＜0时，反应能自发进行
15．下列关于“化学反应速率和化学平衡”的说法正确的是
A．恒压下充入，化学反应速率不变
B．已知，则该反应能在高温下自发进行
C．某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量，发生反应，一段时间后达到平衡，再加入一定量，达新平衡后的物质的量分数增大
D．对于反应达平衡后，缩小容器体积，的浓度增大
二、填空题
16．氨的合成反应特点：
(1)在298K时能正向自发进行的_____。
(2)气体的物质的量减小的_____。
反应可逆。
17．氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。在1L固定容积密闭容器中投入1.8molCH4和3.6molH2O(g)，若只发生反应：CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H1=+165.0kJ·mol-1，测得CH4、H2O及某一生成物X的物质的量浓度随反应时间的变化如图1所示(反应中条件有变化时，只考虑改变一个条件)。
(1)①CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)，说明该反应自发进行的原因：__。
②反应在10min时的平衡常数K=__(列出数学计算式，不必算出结果)。
(2)第6min时改变的条件是__。
(3)画出X物质4min~9min之间的变化图象___。
(4)反应的过程中发生副反应CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g) △H2=-32.2kJ mol-1，反应所用的时间和CO2、CH3COOH的产率如图2所示，t时刻后，CO2的产率比CH3COOH低，其原因是__。
(5)我国提出在2030年前实现碳达峰，为了回收CO2有人设计了图3流程，体现了“绿色化学”思想，写出步骤Ⅲ的化学方程式：__。
18．合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产生了重大影响。合成氨反应的化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。合成氨工业中原料气N2可以从空气中分离得到，H2可用甲烷或焦炭与水蒸气反应制得。
(1)在一定容积的密闭容器中充入N2和H2两种气体，发生上述反应。在某温度下达到平衡时，各物质的浓度分别是：c平(H2)＝9.00 mol·L－1，c平(N2)＝3.00 mol·L－1，c平(NH3)＝4.00 mol·
L－1，此温度下该反应的平衡常数K＝________。
(2)在三个相同容器中各充入1 mol N2和3 mol H2，在不同条件下反应达到平衡，氨的体积分数随时间变化的曲线如图所示。下列说法中正确的是________(填字母)。
A．图Ⅰ可能是不同压强对反应的影响，且p2＞p1
B．图Ⅱ可能是不同压强对反应的影响，且p1＞p2
C．图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响，且T1＞T2
D．图Ⅱ可能是同温同压下不同催化剂对反应的影响，且催化剂性能1＞2
(3)将水蒸气通过红热的C即产生水煤气，化学方程式为C(s)＋H2O(g)=H2(g)＋CO(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1，ΔS＝＋133.7 J·mol－1·K－1。该反应在常温(298 K)下________(填“能”或“不能”)自发进行。
【参考答案】
一、选择题
1．B
解析：A．根据图中信息，反应物X的总能量大于生成Y的总能量，因此X→Y反应是放热反应，故A错误；
B．根据图中信息，2X(g) →3Z(g)，气体物质的量增多，说明是熵增的反应，故B正确；
C．X→Y反应是放热熵减的反应，根据自由能分析在低温条件下都能自发进行，故C错误；
D．根据反应的活化能分析，活化能越大，说明越难反应，因此相同条件下X→Z反应比X→Y反应更难发生，故D错误。
综上所述，答案为B。
2．C
解析：A．催化剂可以改变反应速率，不能改变平衡的移动不改变物质产率、不能改变反应能否自发的事实，A错误；
B．固体与固体混合反应为吸热反应，反应焓变大于零，B错误；
C．常温下氢氧化亚铁在空气中迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，说明该反应为自发反应，反应为熵减的反应，自发反应须为，则该反应的，C正确；
D．因为和都与反应的自发性有关， 或结合，当时反应可自发进行，D错误；
故选C。
3．D
解析：A．ΔG=ΔH-TΔS ，在焓变减小、熵变增大的状况下，ΔG都是负值，所以反应是可以自发进行，且不受温度影响，A项正确；
B．熵值即为混乱度，混乱度越大则熵值越大，对于等物质的量的同一物质的混乱度为气态>液态>固态，B项正确；
C．K越大，正向进行的程度越大，达到平衡时，反应进行的越完全，正向进行的程度越大，反应物的转化率越大，C项正确；
D．能量达到活化能的分子为活化分子，当活化分子发生碰撞能发生化学反应，有新物质生成的碰撞为有效碰撞，D项错误。
答案选D。
4．A
解析：A．在恒容条件下，向平衡体系中充入惰性气体，反应体系中各物质的浓度不变，平衡不移动，A正确；
B．在恒压条件下，向平衡体系中加入，平衡正向移动，的转化率变大，B错误；
C．该反应气体总物质的量不变，故混合气体的物质的量不变不能说明反应到平衡，C错误；
D．该反应为吸热的，不是在任何温度下都能自发进行，D错误；
故选A。
5．A
解析：判断某反应是否自发，在知道了某过程有自发性之后，只是可以判断反应进行的方向，与该反应是否会发生、反应的快慢程度、反应的热效应无关，故合理选项是A。
6．D
解析：A．△H＞0和△S＞0的反应，根据体系的自由能公式△G=△H-T△S＜0可自发进行可知：该反应在高温度下△G=△H-T△S＜0，能自发进行，A错误；
B．燃烧热是1 mol可燃物完全燃烧产生稳定的氧化物时放出的热量。根据 可知氢气的燃烧热为-285.8 kJ/mol，B错误；
C．HCl溶液和NaOH溶液反应的中和热△H =-57.3 kJ/mol，表示1 mol H+与1 mol OH-完全反应产生1 mol H2O放出热量是57.3 kJ，则含2 mol硫酸的稀溶液中含有4 mol H+，其与足量氢氧化钡溶液反应放热为57.3 kJ ×4=229.2 kJ，C错误；
D．物质在固体时含有的能量比气态时高，而生成物的能量相同，故前者放出的热量比后者多。反应放出热量越多，则反应热就越小，故反应热大小关系为△H1＜△H2，D正确；
故合理选项是D。
7．D
解析：A．由盖斯定律，两式相加可得：NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g) ΔH=+158.84kJ·mol-1>0，时该反应能自发进行，故该反应自发进行的原因主要是，A正确；
B．除了氨气皆是固体，故反应I的平衡常数可表达为，B正确；
C．升高温度，反应II中正逆反应速率都增大，C正确；
D．如图所示的MgO晶胞中距离最近的有6个，D错误；
故选D。
8．D
【分析】根据ΔG=ΔH-T·ΔS判断，反应能自发进行，必须满足=ΔH-T·ΔS<0，据此分析判断。
解析：CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g)ΔH=+49kJ·mo1-1是一个吸热反应，ΔH>0，反应能够自发进行，必须满足ΔG=ΔH-T·ΔS<0，所以ΔS>0，且熵增效应大于能量效应是该反应能自发的原因；
故选D。
9．B
解析：A、多数放热反应在一定温度下，△G＜O，反应能自发进行，故A正确；
B、自发进行的反应的速率取决于物质的性质和外界条件，不一定能自发进行，故B错误；
C、△S与物质的混乱度有关，体系的混乱程度越大，熵值越大，故C正确；
D、△G=△H-T △S，当反应自发进行时，△G＜O，与焓变和熵变的共同影响有关，故D正确；
故选B。
10．B
解析：A．反应CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)的气体体积减小的反应，所以该反应是熵显著减小的反应，A错误；
B．反应CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑是气体体积增大的反应，故该反应是熵显著增大的反应，B正确；
C．反应C(s)+O2(g)=CO2(g)是气体体积不变的反应，故该反应是熵不变的反应，C错误；
D．反应2Na(s)+O2(g)=Na2O(s)是气体体积减小的反应，故该反应是熵减少的反应，D错误；
故合理选项是B。
11．D
解析：A．该反应为放热反应，即且反应前后气体分子数减少，故，，当温度较高时，，故该反应高温不自发，A错误；
B．反应的平衡常数可表示为，B错误；
C．催化剂可改变反应历程，但不能改变焓变，C错误；
D．其它条件不变，根据勒夏特列原理，增大的值，提高CO的转化率，NO的转化率降低，D正确；
故选D。
12．C
解析：A．反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)中，反应物气体分子数大于生成物气体分子数，所以反应的ΔS＜0，A不正确；
B．反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的平衡常数可表示为K=，B不正确；
C．因为反应物的气体分子数大于生成物的气体分子数，所以增大体系的压强，气体浓度增大，平衡正向移动，能提高SO2的反应速率和转化率，C正确；
D．使用催化剂，能改变反应的活化能，但不能改变反应物和生成物的能量，所以该反应的反应热ΔH不发生改变，D不正确；
故选C。
13．D
解析：A．改变反应条件可使非自发反应转化为自发反应，如碳酸钙的分解在低温条件下是不能自发的反应，但在高温条件下是自发进行的反应，故A错误；
B．焓变和熵变都与反应的自发性有关，ΔG＝ΔH-TΔS为判断反应自发性的判据，焓变或熵变不能单独作为反应自发性的判据，故B错误；
C．反应2Mg(s)+CO2(g)=C(s)+2MgO(s)的ΔS＜0，该反应能自发进行，应满足ΔH-TΔS＜0，则ΔH<0，故C错误；
D．反应NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57 kJ·mol-1的ΔS>0，ΔH>0，反应能自发进行，应满足ΔH-TΔS＜0，因此该反应能自发进行的原因是熵增效应大于焓增效应，故D正确；
故答案选D。
14．C
解析：A．放热反应ΔH＜0，ΔS＜0时低温自发进行，高温非自发进行，吸热反应ΔH＞0，ΔS＞0时，高温反应自发进行，A错误；
B．焓变和熵变共同决定反应是否自发进行，但自发反应的现象不一定非常明显，非自发反应的熵也不一定减小，B错误；
C．当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG=ΔH-TΔS＜0，反应能自发进行，C正确；
D．当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG=ΔH-TΔS＞0，反应不能自发进行，D错误；
故合理选项是C。
15．D
解析：A．恒压下充入，体积增大，反应体系浓度减小，则反应速率减小，A错误；
B．由反应可知，正反应方向气体分子数减小，，，反应放热，△H<0，反应在，高温下可大于0，反应不一定自发，B错误；
C．某温度下，在恒容密闭容器中加入一定量，发生反应，反应为气体分子数不变的反应，一段时间后达到平衡，再加入一定量，相当于对原平衡加压，加压平衡不移动，达新平衡后的物质的量分数不变，C错误；
D．反应正向气体分子数增大，缩小容器体积，平衡逆向移动，但气体体积减小程度更大，的浓度增大，D正确；
故选D。
二、填空题
16．(1)放热反应(2)熵减反应
解析：略
17．(1) 该反应△H＞0，△S＞0，高温自发
(2)升高温度
(3)
(4)t时刻后，CO2的浓度较高，副反应的活化能低，反应速率快，CO2与CH4反应转化更多的CH3COOH，所以CO2的产率比乙酸低
(5)CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑
【分析】根据题中信息，由△H-T△S＜0反应能自发进行，判断其原因；根据图示信息，求出各组分的平衡浓度，由CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)反应，求出平衡常数K；根据题中图示信息，第6min~9min时CH4的浓度降低，结合反应速率变快，判断改变的条件；根据平衡正向移动，X浓度增大，作出X物质4min~9min之间的变化图象；根据题中所给副反应，结合图示信息，解释t时刻后，CO2的产率比CH3COOH低的原因；根据题中图示信息，结合“绿色化学”思想，写出步骤Ⅲ的化学方程式；据此解答。
解析：（1）①由CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H1=+165.0kJ·mol-1可知，△H＞0，且该反应是一个气体体积增大的反应，△S＞0，该反应自发进行必须满足△H-T△S＜0，所以需要高温；答案为该反应△H＞0，△S＞0，高温自发。
②由题中图示可知，起始是c(CH4)起=1.8 mol·L-1，c(H2O)起=3.6mol·L-1，10min时平衡状态，各浓度为c(CH4)平=0.7mol·L-1，c(H2O)平=1.4 mol·L-1，X为1.1 mol·L-1，则CH4变化了1.1 mol·L-1，H2O变化了2.2 mol·L-1，由CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)可得，X为CO2，生成了1.1 mol·L-1，H2生成了4.4mol·L-1，平衡常数K==；答案为。
（2）由题中图象可知，0~4min，CH4由1.8 mol·L-1到1.3 mol·L-1，变化了0.5 mol·L-1，6~9min，CH4由1.3 mol·L-1到0.7 mol·L-1，变化了0.6 mol·L-1，所以第6min~9min时的反应速率比0~4min时的大，且平衡向正反应方向移动，说明第6min改变的条件为升高温度或增加水蒸气的量，再根据第9min平衡时甲烷浓度为，水蒸气浓度为，说明甲烷消耗1.1mol，水蒸气消耗2.2mol，所以不可能为增加水蒸气的量，因此改变的条件只可能为升高温度；答案为升高温度。
（3）由CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) △H1=+165.0kJ·mol-1可知，升高温度，平衡正向移动，X为CO2的变化浓度，所以CO2的浓度增大，到9min时达到新的平衡，CO2的浓度为1.1 mol·L-1，图象为；答案为。
（4）由题中信息可知，反应的过程中发生副反应CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g) △H2=-32.2kJ·mol-1，t时刻后，CO2的产率比CH3COOH低，是因为t时刻后，CO2的浓度较高，副反应的活化能低，反应速率快，CO2与CH4反应转化了更多的CH3COOH，所以CO2的产率比乙酸低；答案为t时刻后，CO2的浓度较高，副反应的活化能低，反应速率快，CO2与CH4反应转化了更多的CH3COOH，所以CO2的产率比乙酸低。
（5）由题中图示信息可知，整个流程，体现了“绿色化学”思想，即原子的利用率百分之百，所以步骤Ⅲ是CH3COONa与碱石灰中NaOH反应，生成CH4和Na2CO3，其化学方程式为CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑；答案为CH3COONa+NaOHNa2CO3+CH4↑。
18．32×10－3 mol－2·L2 D 不能
【分析】根据平衡常数的表达式计算某温度下N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数；根据平衡移动原理，由题中所给图像判断正确选项；根据△G=△H-T△S的值，判断反应能否自发进行；据此解答。
解析：(1)由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1可知，在某温度下达到平衡时，各物质的浓度分别是：c平(H2)＝9.00 mol·L－1，c平(N2)＝3.00 mol·L－1，c平(NH3)＝4.00 mol·L－1，则K===7.32×10-3 mol－2·L2；答案为7.32×10-3 mol－2·L2。
(2)A．由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1可知，增大压强平衡右移，氨气的含量应增大，故A错误；
B．由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1可知，压强不同，平衡状态不同，不可能NH3的体积分数相同，故B错误；
C．由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1可知，升高温度平衡逆向移动，氨气的含量减小，故C错误；
D．由N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1可知，催化剂不影响平衡移动，由图像可知催化剂性能，1＞2，故D正确；
答案为D。
(3)由△G=△H-T△S=+131.3 kJ·mol－1-298K×133.7×10-3kJ·mol－1·K－1=131.3 kJ·mol－1-39.8 kJ·mol－1=91.5 kJ·mol－1＞0，则不能自发进行；答案为不能。
