2.1化学反应的方向课堂 同步练习
一、单选题
1．工业合成氨的反应为： H=-92.4kJ·mol-1，反应过程如图所示，下列说法错误的是（ ）
表示N原子， 表示H原子， 表示催化剂
A．过程Ⅱ吸收能量，过程Ⅲ放出能量
B．1 mol N2和3 mol H2充分反应，放出的热量小于92.4kJ
C．提高H2在原料气中的比例，一定能提高合成氨反应的速率
D．升高温度，不利于合成氨反应自发进行
2．下列说法正确的是（ ）
A．碳和氧气反应生成一氧化碳是吸热反应，是因为反应物的能量低于生成物的能量
B．科学家从植物的光合作用得到启发，用二氧化碳与水来合成乙酸，反应原理为：2CO2+2H2O→CH3COOH+2O2，这是一个放热反应
C．2mol二氧化硫气体与1mol氧气充分发应生成三氧化硫气体，放出180kJ热量，其热化学方程式为：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)；△H=-180kJ·mol-1
D．放热反应可能很难发生，吸热反应可能很容易反应
3．下列叙述正确的是（ ）
A．已知石墨比金刚石稳定，则C(石墨，s)=C(金刚石，s) ΔH<0
B．2H2(g)+O2(g) 2H2O(l) ΔH1；2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) ΔH2，则ΔH1<ΔH2
C．C(S)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)反应过程中，旧键断裂吸收的能量小于新键形成释放的能量
D．N2(g)+ O2(g)=2NO(g) ΔH>0，反应在一定条件下可自发进行，可知ΔS<0
4．下列说法正确的是（ ）
A．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加
B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0
C．一定条件下，使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率
D．电解时，溶液中Cu2+、Fe3+、Zn2+依次在阴极放电
5．对于可逆反应2SO2＋O2 2SO3，在混合气体中充入一定量的18O2，足够长的时间后，18O原子（ ）
A．只存在于O2中 B．只存在于O2和SO3中
C．只存在于O2和SO2中 D．存在于SO2、O2和SO3中
6．下列说法中正确的是（ ）
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小或不变
C．△H＜0、△S＜0的反应一定能自发进行
D．△H＞0、△S＜0的反应一定不能自发进行
7．在一定温度下，体积固定的密闭容器中发生可逆反应。下列能说明反应已经达到平衡状态的是
A．混合气体的密度保持不变
B．氧气的消耗速率与生成速率相等
C．断开4molH—Cl键的同时，生成4molH—O键
D．HCl、、、四种气体的物质的量之比为4∶1∶2∶2
8．下列说法错误的是（ ）
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
9．有关化学反应的说法中，正确的是（ ）
A．非自发反应在任何条件下都不能实现
B．自发反应都是熵增大的反应
C．能自发进行的吸热反应一定是熵增大的反应
D．自发反应都是放热反应
10．下列关于反应自发性的说法正确的是（ ）
A．△H＜0、△S＞0的反应，有利于自发进行
B．化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应
C．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
D．自发反应在任何条件下都能自动进行，现象明显
11．N2+3H2 2NH3，是工业上制造氮肥的重要反应．下列关于该反应的说法正确的是（ ）
A．增加N2的浓度能加快反应速率
B．降低体系温度能加快反应速率
C．使用催化剂不影响反应速率
D．若反应在密闭容器中进行，N2和H2能100%转化为NH3
12．下列说法正确的是（ ）
A．放热反应的焓变小于零，熵变大于零
B．放热及熵增加的反应，一定能自发进行
C．放热反应的焓变大于零，熵变小于零
D．放热及熵减小的反应，一定能自发进行
13．下列反应不可能自发进行的是（ ）
A． △H＜0
B． △H＞0
C． △H＜0
D． △H＞0
14．下列说法中正确的是（ ）
A．非自发反应在任何条件下都不能实现
B．自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变
C．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
D．熵增加且放热的反应一定是自发反应
15．下列叙述不正确的是（ ）
A．铁生锈、白磷燃烧均为自发放热过程
B．冰融化过程其熵值增大
C．高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应
D．同一物质固态时熵值最小
16．在一个密闭容器中发生反应，，反应过程中某一时刻测得、、的浓度分别为、、，当反应达到平衡时，可能出现的数据是（ ）
A． B．
C． D．
二、综合题
17．已知在 100kPa、298.15K 时石灰石分解反应：CaCO3（s）═CaO（s）+CO2（g）△H=+178.3kJ mol﹣1△S=160.4J mol﹣1 K﹣1，则：
（1）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“否”）成为反应方向的决定因素；
（3）若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为 ．
（4）反应 CH3OH（l）+NH3（g）=CH3NH2（g）+H2O（g）在高温下自发向右进行，若反应|△H|=17KJ mol﹣1，|△H﹣T△S|=17KJ mol﹣1，则下列判断正确的是
A﹒△H＞0△H﹣T△S＜0B﹒△H＜0△H﹣T△S＞0
C﹒△H＞0△H﹣T△S＞0D﹒△H＜0△H﹣T△S＜0．
18．化学反应方向的综合判据是判断反应能否白专进行的关键。由于反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据。
化学反应 AH/kJ·mol—1
① -98 57.2
② 393.5 -2.86
③ -176 -285
（1）根据表中数据可知：反应①在 下(填“高温”、“低温”、“任何温度)正向能自发进行。
（2）有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？ (填“是”或“否”)。阐述判断的理由 。
（3）利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围 。(写出过程)
19．氢气、一氧化碳、二氧化碳是最常见的气体。回答下列问题：
（1）宇航员呼吸产生的CO2用镍催化剂反应处理，实现空间站中的O2循环利用。
镍催化剂反应：CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) ΔH
已知：①H2(g)+ O2(g)=H2O(g) ΔH=-akJ·mol-1，
②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-bkJ·mol-1，
③H2O(g)=H2O(l) ΔH=-ckJ·mol-1
则镍催化剂反应的ΔH= kJ·mol-1；
（2）向1L恒容密闭容器中加入2molCO、4molH2，在适当的催化剂和一定条件作用下发生反应：2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71kJ/mol
①该反应 自发进行(填“高温”、“低温”或“不能”)。其判断理由是 。
②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是 。
a．混合气体的平均相对分子质量保持不变
b．混合气体的密度保持不变
c．CO和H2的体积分数保持不变
d．CO和H2的转化率相等
e．气体总压强保持不变
f.1molCO生成的同时有1molO-H键断裂
（3）已知CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＜0在一定条件下，某反应过程中部分数据如下表：
反应条件 反应时间 CO2(mol) H2(mol) CH3OH(mol) H2O(mol)
恒温恒容 (T1℃、2L) 0min 2 6 0 0
5min 4.5
20min 1
30min 1
①0～5min内，用H2O(g)表示的化学反应速率v(H2O)= mol/(L·min)
②达到平衡时，该反应的平衡常数K= (用分数表示)，平衡时H2的转化率是 。
③在其它条件不变的情况下，若30min时改变温度为T2℃，此时H2的物质的量为2.8mol，则T1 T2(填“＞”“＜”或“=”)，理由是 。在其他条件不变的情况下，若30min时向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g)，则平衡 移动(填“正向”“逆向”或“不”)。
20．如今的综合应用越来越成熟。回答下列问题：
（1）催化加氢合成涉及如下反应：
反应Ⅰ： ；
反应Ⅱ： ；
反应Ⅲ： 。
则反应Ⅰ的 ，该反应在 (填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。
（2）和都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图1所示：若生成的乙烯和乙烷的物质的量之比为1∶1，写出阳极的电极反应式： ；当消耗和的物质的量之比为10∶9时，则乙烯和乙烷的体积(相同条件下)比为 。
（3）与可合成，涉及的主要反应如下：
反应1：
反应2：
起始按投料，测得的平衡转化率()和的选择性()随温度、压强的变化如图2所示：
[已知]
① (填“>”或“<”)；
②温度高于350 ℃后，压强和下，的平衡转化率几乎交于一点的原因是 ；
③250 ℃、压强下，用各物质的平衡分压代替物质的量浓度表示反应2的平衡常数 (结果保留2位有效数字)。
21．开发氢能等绿色能源是实现“碳中和”目标的重要举措。利用甲烷制取氢气的总反应：CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g) ΔH，该反应可通过如下过程来实现：
反应I：CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.3kJ·mol-1
反应II：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.2kJ·mol-1
（1）总反应的ΔH= kJ·mol-1，该反应在 (填“较高温度”或“较低温度”)下可自发进行。
（2）在恒温、恒压条件下进行反应I，调整不同进气比[n(CH4)：n(H2O)]测定相应的CH4平衡转化率。
①当n(CH4)：n(H2O)=1：2时，CH4平衡转化率为50%，则平衡混合物中H2的体积分数为 。
②当n(CH4)：n(H2O)=1：1时，CH4平衡转化率为20%，总压强为pMPa，此时分压平衡常数Kp为 (MPa)2(用平衡分压代替浓度计算，分压=总压×物质的重分数)。
（3）反应体系中存在的CO对后续工业生产不利。欲减少体系中CO的体积分数，可适当 (填“升高”或“降低”)反应温度，理由是 。
（4）除去H2中存在的微量CO的电化学装置如图所示：
①a为电源 极。
②与b相连电极的反应式为 。
答案解析部分
1．【答案】C
【解析】【解答】A．过程Ⅱ是氮气和氢气中的化学键断裂，转化为氮原子和氢原子，断裂化学键需要吸收能量；过程Ⅲ是氮原子和氢原子生成NH3分子，新键形成放出能量，故A不符合题意；
B．根据热化学方程式，当1 mol N2和3 mol H2反应生成2molNH3时，放出92.4kJ的热量，由于该反应是可逆反应，所以1 mol N2和3 mol H2充分反应不能生成2molNH3，所以放出的热量小于92.4kJ，故B不符合题意；
C．提高H2在原料气中的比例，如果没有增大反应物的浓度，则不能提高合成氨反应的速率，故C符合题意；
D．该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0反应自发可知，降低温度，反应可以自发进行，所以升高温度，不利于合成氨反应自发进行，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】A.断裂化学键吸热，形成化学键放热；
B.可逆反应有限度，不能进行完全；
C.若反应体系为恒温恒压，则提高H2在原料气中的比例，反应速率可能不变或减小；
D.合成氨的反应是熵减的放热反应，结合反应自发进行的条件△H-T△S<0分析判断。
2．【答案】D
【解析】【解答】A.C和O2的反应为放热反应，A不符合题意；
B.该反应可看做CH3COOH和O2反应的逆反应，CH3COOH和O2的反应为放热反应，因此该反应的逆反应为吸热反应，B不符合题意；
C.2molSO2和1molO2并未完全反应，而热化学方程式中的反应热应是指物质完全反应放出的热量，C不符合题意；
D.某些放热反应难以发生，某些吸热反应容易发生，D符合题意；
故答案为：D
【分析】A.C和O2的反应为放热反应；
B.该反应可看做CH3COOH和O2反应的逆反应；
C.2molSO2和1molO2并未完全反应；
D.某些放热反应难以发生，某些吸热反应容易发生；
3．【答案】B
【解析】【解答】A．能量越低越稳定，石墨比金刚石稳定，说明石墨能量低，反应吸热，ΔH>0，A不符合题意；
B．氢气和氧气的反应是放热反应ΔH<0，且生成液态水时放出的热量更多，ΔH更小，B符合题意；
C．C(S)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)为吸热反应，旧键断裂吸收的能量大于新键形成释放的能量，C不符合题意；
D．反应自发进行 ，现在ΔH>0，若一定条件 ，则ΔS>0，D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A.依据能量越低越稳定分析；
B.依据反应本身的特点及液态水和气态水的能量高低分析；
C.该反应为吸热反应；
D.由吉布斯自由能分析解答。
4．【答案】B
【解析】【解答】A．铅蓄电池在放电过程中，负极电极反应式Pb+SO42--2e-=PbSO4，负极质量增加，正极电极反应式为PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O，正极质量增加，故A不符合题意；
B．反应的△S＞0，如反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则应满足△H-T △S＞0，则该反应的△H＞0，故B符合题意；
C．催化剂能加快反应速率，但不能改变平衡移动，则不影响反应物的转化率，故C不符合题意；
D．Zn2+、Fe2+、Cu2+、Fe3+的氧化性依次增强，则电解时，溶液中Fe3+、Cu2+、Zn2+依次在阴极放电，故D不符合题意；
故答案为B。
【分析】A、铅蓄电池放电过程Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，负极电极反应为：Pb-2e-+SO42-=PbSO4；正极电极反应为：PbO2+4H++SO42-=PbSO4+2H2O，PbSO4附着在电极上，使两极电极质量增加；
B、根据△G=△H-T△S>0不能自发进行，把△S>0代入，得出该反应的△H>0；
C、一定条件下，使用催化剂能加快反应速率不影响平衡的移动，不能提高反应物的平衡转化率；
D、2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+，电解时溶液中放电顺序为Fe3+>Cu2+>Zn2+。
5．【答案】D
【解析】【解答】该反应为可逆反应，在混合气体中充入一定量的18O2，SO2和18O2反应生成SO3中含有18O，同时SO3分解生成SO2和O2，则SO2中含有18O原子，则18O原子存在于O2、SO2和SO3中。
故答案为：D。
【分析】由于为可逆反应，最终含O元素的分子，都含 18O
6．【答案】D
【解析】【解答】解：A、有些吸热反应也能自发进行，如碳酸氢铵的分解，故A错误；
B、自发反应的熵不一定增大，如氨气与氯化氢的反应属于自发反应，但是熵减小的反应，故B错误；
C、反应自发进行的判断依据是△H﹣T△S，△H﹣T△S＜0一定自发，而△H＜0、△S＜0的反应能否自发进行与温度有关，故C错误；
D、反应自发进行的判断依据是△H﹣T△S，当△H＞0、△S＜0时，△H﹣T△S＞0，反应一定不能自发进行，故D正确；
故选D．
【分析】A、有些吸热反应也能自发进行；
B、自发反应的熵不一定增大；
C、反应自发进行的判断依据是△H﹣T△S＜0；
D、反应自发进行的判断依据是△H﹣T△S＜0．
7．【答案】B
【解析】【解答】A．气体总质量不变、体积不变，密度始终不变，反应不一定平衡，A不符合题意；
B．氧气的消耗速率与生成速率相等，浓度不再改变，反应达到平衡状态，B符合题意；
C．断开4molH—Cl键的同时，生成4molH—O键，都表示正反应速率，反应不一定平衡，C不符合题意；
D．HCl、O2，H2O，Cl2、四种气体的物质的量之比为4∶1∶2∶2，反应不一定平衡，D不符合题意；
故答案为：B
【分析】A．气体总质量不变、体积不变，密度始终不变，反应不一定平衡；
C．浓度不再改变，反应达到平衡状态；
C．只表示正反应速率，反应不一定平衡；
D．只根据物质的量之比，反应不一定平衡。
8．【答案】B
【解析】【解答】A、多数放热反应在一定温度下，△G＜O，反应能自发进行，故A不符合题意；
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符合题意；
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不符合题意；
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不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A．反应能否自发进行可用△G=△H-T△S判断；
B．反应的自发性和反应速率无关；
C．熵与体系的混乱度有关；
D．根据△G=△H-T△S分析；
9．【答案】C
【解析】【解答】解：A、非自发反应在一定条件下能实现自发进行，如△H＞0，△S＞0的反应高温下可以自发进行，低温下反应非自发进行，故A错误；
B、化学反应是否能自发进行，取决于焓变和熵变，不仅仅取决于熵变，故B错误；
C、根据△G=△H﹣T △S，如△H＞0，则只有△S＞0，才能使△G＜0，故C正确；
D、化学反应是否能自发进行，取决于焓变和熵变，不仅仅取决于焓变，故D错误；
故选C．
【分析】依据自发进行的反应依据是△H﹣T△S＜0分析判断，反应自发进行取决于焓变、熵变和温度因素的影响．
10．【答案】A
【解析】【解答】A．△H<0，△S>0，所有温度下△H-T△S<0，反应自发进行，选项A符合题意；
B．大多数化合反应是放热反应，如C+CO22CO是吸热反应，大多数分解反应是吸热反应，尿素分解是放热反应，选项B不符合题意；
C．不能单独用焓判据或熵判据判断反应的自发性，所以吸热反应不一定是非自发反应，熵增大的反应不一定是自发反应，选项C不符合题意；
D．自发反应是在一定条件下进行的，选项D不符合题意。
故答案为：A。
【分析】判断反应是否自发可以根据即可判断
11．【答案】A
【解析】【解答】解：A．反应物的浓度增大，反应速率增大，故A正确；
B．升高温度能增大反应速率，则降低温度减小反应速率，故B错误；
C．加入催化剂能增大反应速率，故C错误；
D．该反应为可逆反应，反应物的转化率不可能达到100%，故D错误．
故选A．
【分析】该反应为可逆反应，反应物的转化率不可能达到100%，结合浓度、温度、催化剂对反应速率的影响解答该题．
12．【答案】B
【解析】【解答】A.放热反应的熵变不一定小于0，选项A不符合题意；
B.根据△G＝△H－T·△S可知，选项B符合题意；
C.放热反应的焓变小于零，选项C不符合题意；
D.同样根据△G＝△H－T·△S可知，放热及熵减小的反应，不一定能自发进行，
故答案为：B。
【分析】此题考查反应方向的判断。根据吉布斯自由能，即三个判据来判断反应进行的方向。
13．【答案】D
【解析】【解答】A．反应的△H＜0、ΔS＜0，低温时能自发进行，A不符合题意；
B．反应的△H＞0、ΔS＞0，高温时能自发进行，B不符合题意；
C．反应的△H＜0、ΔS＞0，在任何条件下都能自发进行，C不符合题意；
D．反应的△H＞0、ΔS＜0，在任何条件下都不能自发进行，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】依据ΔG=ΔH-TΔS＜0分析。
14．【答案】D
【解析】【解答】解：A、非自发反应在一定条件下能实现自发进行，如△H＞0，△S＞0的反应高温下可以自发进行，低温下反应非自发进行，故A错误；
B、自发反应不一定是熵增大，如△H＜0，△S＜0低温下反应自发进行，非自发反应不一定是熵减小或不变，也可以增大，如△H＞0，△S＞0低温下是非自发进行的反应，故B错误；
C、凡是放热反应不一定是自发的，如△H＜0，△S＜0高温下反应不能自发进行，吸热反应不一定是非自发的，如△H＞0，△S＞0的反应高温下可以自发进行，故C错误；
D、熵增加且放热的反应，△H＜0，△S＞0，得到△H﹣T△S＜0，反应一定是自发反应，故D正确；
故选D．
【分析】依据自发进行的反应依据是△H﹣T△S＜0分析判断，反应自发进行取决于焓变、熵变和温度因素的影响．
15．【答案】C
【解析】【解答】A．铁生锈、白磷燃烧均为放热反应，两个反应都不需要借助外力而发生，所以能自发进行，故A正确；
B．冰融化成水的过程体系混乱度增大，属于熵增加的过程，故B正确；
C．石墨能量低于金刚石，比金刚石稳定，所以石墨转化为金刚石是非自发的化学反应，故C错误；
D．同一物质不同状态熵值大小顺序为：气态＞液态＞固态，故D正确；
故选：C．
【分析】A．大多数化合反应属于放热反应，两个反应都不需要借助外力而发生；
B．冰融化过程体系混乱度增大；
C．石墨能量低于金刚石，比金刚石稳定；
D．同一物质不同状态熵值大小顺序为：气态＞液态＞固态．
16．【答案】A
【解析】【解答】A．根据分析可知0＜c(SO2)＜0.4mol L-1 ，故A符合题意；
B．极限转化时c(O2)＝0.1mol/L，但可逆反应不能完全转化，所以c(O2)>0.1mol/L，故B不符合题意；
C．极限转化时c(SO3)＝0.4mol/L，但可逆反应不能完全转化，所以c(SO3)<0.4mol/L，故C不符合题意；
D．根据硫元素守恒，应有c(SO2)+c(SO3)=0.4mol L-1，所以不可能出现c(SO2)＝c(SO3)＝0.15mol/L，故D不符合题意；
故答案为：A。
【分析】根据硫元素守恒，利用可逆反应不能完全转化分析。
17．【答案】（1）不能
（2）能
（3）1112K
（4）A
【解析】【解答】解：（1）该反应的△G=△H﹣T △S=178.3KJ mol﹣1﹣298.15K×0.1604KJ mol﹣1=130.5KJ mol﹣1．△G＞0，所以不能自发，故答案为：不能；（2）该反应的△G=△H﹣T △S=178.3KJ mol﹣1﹣298.15K×0.1604KJ mol﹣1=130.5KJ mol﹣1．△G＞0，所以在100Kpa、298.15K 时，石灰石分解反应为非自发反应，但在高温的条件下能自发行进，故答案为：能；（3）要想反应能自发进行则需△G=△H﹣T △S＜0，178.3KJ mol﹣1﹣T×160.4KJ mol﹣1=0，解得：T=1112K，故答案为：1112K；（4）该反应在一定温度下能够自发的向右进行，这说明△H﹣T△S一定是小于0，根据方程式可知该反应的△S＞0，所以如果△H＜0，则该反应在任何温度下都是自发进行的，而该反应在一定温度下能够自发的向右进行，因此该反应的反应热△H＞0，故选A．
【分析】（1）（2）该反应的△G=△H﹣T △S=178.3KJ mol﹣1﹣298.15K×0.1604KJ mol﹣1=130.5KJ mol﹣1．△G＞0；（3）化学反应能否自发进行，取决于焓变和熵变的综合判据，当△G=△H﹣T △S＜0时，依据题干给出焓变及熵变计算△H﹣T △S数值，据此判断反应能自发进行；（4）反应能自发进行，应满则△G=△H﹣T △S＜0，以此解答该题．
18．【答案】（1）任何温度
（2）否；该反应为吸热、墒减的化学反应，在任何温度下都不能正向自发进行
（3），则，解得，即低于时反应③能正向自发进行
【解析】【解答】（1）对于反应①AH ＜0， ＞0，结合AH-T＜0反应才可自发进行，可知此反应在任何温度下均能发生；
（2） AH ＞0， ＜0，AH-T始终大于0，因此不能自发反应；
（3） AH =-176 kJ·mol—1 ，= -285，根据AH-T＜0，可自发反应，得到 ，；
【分析】根据自发反应发生的条件：AH-T＜0进行计算、判断。
19．【答案】（1）ΔH=﹣4a+b-2c
（2）不能；因为ΔH＞0，ΔS<0，则ΔG=ΔH-TΔS＞0；be
（3）0.05；；50%；＞；该反应正反应是放热反应，温度降低，平衡正向移动；不
【解析】【解答】(1)已知：①H2(g)+ O2(g)=H2O(g) ΔH=-akJ·mol-1，②CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-bkJ·mol-1，③H2O(g)=H2O(l) ΔH=-ckJ·mol-1，根据盖斯定律：4①-②+2③得CO2(g)+4H2(g)=CH4(g)+2H2O(g) ，则镍催化剂反应的ΔH=﹣4a+b-2ckJ·mol-1；故答案为：﹣4a+b-2c；
(2)①反应2CO(g)+4H2(g) CH3OCH3(l)+H2O(l) ΔH=+71kJ/mol不能自发进行；其判断理由是因为ΔH＞0，ΔS<0，则ΔG=ΔH-TΔS＞0。故答案为：不能；因为ΔH＞0，ΔS<0，则ΔG=ΔH-TΔS＞0；
②a．气体的平均相对分子质量始终保持不变，混合气体的平均相对分子质量保持不变，不能说明反应达到平衡，故a不正确；
b．反应后气体的质量减小，混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡，故b正确；
c．CO和H2的体积分数始终保持不变，不能说明反应达到平衡，故c不正确；
d．CO和H2投料比等于计量数之比，CO和H2的转化率相等，不能说明反应达到平衡，故d不正确；
e．反应为气体分子总数减小的反应，气体总压强保持不变，气体总物质的量不再改变，达到平衡状态，故e正确；
f.1molCO生成的同时有1molO-H键断裂，均为逆反应，不能说明正逆反应速率相等，故f不正确；
故答案为：be；
(3)①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H＜0，0～5min内氢气物质的量变化6mol-4.5mol=1.5mol，计算氢气表示的反应速率v(H2)= =0.15mol/(L min)，速率之比等于化学方程式计量数之比，v(H2O)= v(H2)=0.05mol/(L min)，故答案为：0.05mol/(L min)；
②图表中计算20min时二氧化碳消耗物质的量1mol，同时生成1mol甲醇，30min甲醇物质的量为1mol，则20min反应达到平衡状态，
平衡常数K= = ，氢气转化率= ×100%=50%，达到平衡时，该反应的平衡常数K= (用分数表示)，平衡时H2的转化率是50%。故答案为： ；50%；
③在其它条件不变的情况下，若30min时改变温度为T2℃，此时H2的物质的量为2.8mol，则T1＞T2，理由是该反应正反应是放热反应，温度降低，平衡正向移动。在其他条件不变的情况下，若30min时向容器中再充入1molCO2(g)和1molH2O(g)，Qc= = =K，则平衡不移动。故答案为：＞；该反应正反应是放热反应，温度降低，平衡正向移动；不。
【分析】 (1)、依据盖斯定律分析解答；
(2)、依据ΔG=ΔH-TΔS＞0分析；依据当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
(3)、依据化学平衡三段式计算分析解答。
20．【答案】（1）-162；低温
（2）；4∶1
（3）<；此时反应以反应2为主，压强改变对平衡无影响；0.0096
【解析】【解答】（1）根据盖斯定律可知，反应Ⅰ=反应Ⅲ－反应Ⅱ，因此ΔH1=ΔH3－ΔH2=[(-204)－(－42)]kJ/mol=-162kJ/mol，该反应为气体物质的量减少的反应，即ΔS＜0，根据ΔG=ΔH－TΔS，自发进行，ΔG＜0，需要在低温状态下，故答案为：-162；低温；
（2）该装置为电解池，根据电解原理，阳极上失去电子，化合价升高，根据图示可知，电极A为CO2→CO，碳元素化合价降低，即电极A为阴极，电极反应式为CO2+2e-=CO+O2-，则电极B为阳极，若生成乙烯和乙烷的物质的量之比为1∶1，其电极反应式为4CH4+3O2-－6e-→CH3CH3+CH2=CH2+3H2O，令生成乙烷物质的量为amol，乙烯物质的量bmol， 当9mol二氧化碳参与反应时，电路中转移电子物质的量为18mol，根据碳原子守恒，有2a+2b=10，根据电子转移有：2a×[(－3) －(－4)]+ 2b×[(－2)－(－4)]=18，解得a=1，b=4，乙烯和乙烷物质的量之比为4∶1，相同条件下，体积之比等于物质的量之比，即乙烯和乙烷的体积比为4∶1；故答案为：4CH4+3O2-－6e-→CH3CH3+CH2=CH2+3H2O；4∶1；
（3）①反应1是气体物质的量减少的反应，反应2是气体物质的量不变的反应，相同温度下，增大压强，反应1向正反应方向进行，二氧化碳的转化率增大，反应2平衡不移动，根据图像可知，p2＞p1；故答案为：＜；
②当温度高于350℃，不同压强下，二氧化碳的转化率几乎交于一点，说明压强对二氧化碳的转化无影响，即此时反应以反应2为主，压强改变对平衡无影响；故答案为：此时反应以反应2为主，压强改变对平衡无影响；
③令起始时，氢气物质的量为3mol，二氧化碳物质的量为1mol，250℃时，二氧化碳的转化率 20%，即消耗二氧化碳总物质的量为0.2mol，甲醇选择性为50%，，解得n(转化为CH3OH的CO2)=0.1mol，反应1中生成甲醇、水蒸气物质的量均为0.1mol，消耗氢气物质的量为0.3mol，反应2中消耗二氧化碳、氢气均为物质的量为0.1mol，生成CO、水蒸气物质的量均为0.1mol，反应2方程式中，化学计量数均为1，即物质的量分数之比等于其物质的量之比，Kp=≈0.0096；故答案为：0.0096。
【分析】（1）根据盖斯定律，反应Ⅰ=反应Ⅲ－反应Ⅱ；根据ΔH－TΔS<0时反应自发进行分析；
（2）①增大压强，反应1向正反应方向进行，反应2平衡不移动；
②当温度高于350℃，以反应2为主，压强改变对平衡无影响，的平衡转化率几乎交于一点；
③根据Kp=计算。
21．【答案】（1）165.1；较高温度
（2）37.5%；
（3）降低；反应I为吸热反应，反应II为放热反应，其他条件相同时，适当降低温度，反应I逆向移动，反应II正向移动，CO的体积分数减小
（4）负；CO+4OH--2e-=CO+2H2O
【解析】【解答】（1）由盖斯定律可知，反应I+反应II得到总反应，则反应ΔH=ΔH1+ΔH2=(+206.3kJ·mol-1)+(-41.2kJ·mol-1)= +165.1kJ·mol-1；总反应为熵增的放热反应，较高温度下反应ΔH-TΔS＜0，反应能自发进行，故答案为：+165.1；较高温度；
（2）①设起始甲烷、水蒸气的物质的量分别为1mol、2mol，由题意可建立如下三段式：
由三段式数据可知，平衡混合物中氢气的体积分数为×100%=37.5%，故答案为：37.5%；
②设起始甲烷、水蒸气的物质的量分别为1mol、1mol，由题意可建立如下三段式：
由三段式数据可知，平衡时甲烷和水蒸气的平衡分压都为MPa，一氧化碳的分压为 MPa、氢气的分压为 MPa，则反应的分压平衡常数Kp为(MPa)2= (MPa)2，故答案为：；
（3）反应I为吸热反应，反应II为放热反应，其他条件相同时，适当降低温度，反应I向逆反应方向移动，反应II向正反应方向移动，一氧化碳的体积分数减小，所以欲减少体系中CO的体积分数，可适当降低温度，故答案为：降低；反应I为吸热反应，反应II为放热反应，其他条件相同时，适当降低温度，反应I逆向移动，反应II正向移动，CO的体积分数减小；
（4）①由图可知，与直流电源负极a相连的电极为电解池的阴极，故答案为：负；
②由图可知，与直流电源正极b相连的电极为电解池的阳极，碱性条件下一氧化碳在阳极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为CO+4OH--2e-=CO+2H2O，故答案为：CO+4OH--2e-=CO+2H2O。
【分析】（1）由盖斯定律可知，总反应=反应I+反应II，则ΔH=ΔH1+ΔH2；根据ΔH-TΔS<0时反应自发进行分析；
（2）列出反应的三段式计算；
（3）反应I为吸热反应，反应II为放热反应，其他条件相同时，适当降低温度，反应I逆向移动，反应II正向移动，CO的体积分数减小；
（4）右侧电极，CO发生氧化反应，转化成碳酸盐从而除去，则电极b为电源正极，电极a为电源负极
