第三节 化学反应的方向
学习目标 重点难点
1.知道化学反应是有方向的,知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2.能结合具体实例说明反应自发进行的方向。 重点 化学反应的方向与焓变、熵变的关系
难点 化学反应的方向与焓变、熵变的关系
新知探究(一)——化学反应自发性与反应焓变的关系
1.自发过程与自发反应的比较
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 进行的化学反应
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
2.化学反应自发性与反应焓变的关系
(1)放热反应:绝大多数都能 进行,且反应放出的热量越多,体系能量降低得也越多,反应越完全。
(2)吸热反应:有些也能自发进行。
(3)结论:反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一,但不是唯一因素。
[题点多维训练]
题点(一) 自发过程与自发反应
1.下列过程属非自发的是 ( )
A.水由高处向低处流
B.室温下水结成冰
C.气体从高密度处向低密度处扩散
D.煤气的燃烧
2.下列关于自发反应的叙述正确的是 ( )
A.自发反应的逆过程在相同条件下也必定是自发的
B.铁在潮湿的空气中生锈属于非自发反应
C.自发过程可以是物理过程,不一定是自发反应,而自发反应一定是自发过程
D.自发反应与外界条件无关
题点(二) 化学反应自发性与反应焓变的关系
3.下列过程的方向能用焓判据判断的是 ( )
A.湿的衣服经过晾晒变干
B.硝酸铵溶于水
C.水蒸气凝结成水
D.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH>0
4.实验证明,多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 ( )
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素
新知探究(二)——化学反应自发性与反应熵变的关系
1.反应熵变与反应方向
(1)熵:熵是度量一个体系 程度的物理量,即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混乱度越大,体系越无序,体系的熵就越 ,熵的符号为 。
(2)物质熵大小的判断
对于同一物质,等物质的量的该物质其熵值大小与物质的存在状态有关,气态时熵值最大,固态时熵值最小,液态时介于二者之间,物质的状态与熵的大小的关系:
S(g)>S(l)>S(s)。
(3)熵变与反应方向
含义 大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向,导致体系的熵
规律 大多数熵增加的反应都能自发进行
局限性 少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行,如NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)
结论 熵变是影响反应自发进行的因素之一,但不是唯一因素
[微点拨] 熵变正、负的判断
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。
2.自由能与化学反应的方向
(1)自由能
ΔG=ΔH-TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关,还与温度有关,单位:kJ·mol-1。
T:开尔文温度,单位K。
(2)反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着自由能减小的方向进行,直到体系达到平衡。
①当ΔG<0时,反应能自发进行;
②当ΔG=0时,反应处于平衡状态;
③当ΔG>0时,反应不能自发进行。
类型 ΔH ΔS ΔH-TΔS 反应的自发性
1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发
2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发
3 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发
4 >0 >0 高温能自发
应用化学
墨是我国传统“文房四宝”之一,与笔、纸、砚齐名。一锭佳墨应具有质坚如玉、色泽黑润、落纸如漆、历久不褪并香味浓郁等特点。
墨按原料可分为油烟墨、松烟墨和炭黑墨三类,其中炭黑可以由烷烃分解制备,已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应:
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,在图书馆查到了如下热力学数据:
反应①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1
反应②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1
已知焓变和熵变随温度变化很小。
1.判断反应②高温自发还是低温自发
2.通过计算判断反应①在常温下能否自发进行
3.制取炭黑的允许温度范围是多少
4.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哪个
A.905.2 K B.927 K
C.1 273 K D.2 000 K
[题点多维训练]
题点(一) 反应熵变
1.干冰升华过程中,其焓变和熵变均正确的是 ( )
A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0
C.ΔH<0,ΔS>0 D.ΔH<0,ΔS<0
2.下列对熵的理解错误的是 ( )
A.同种物质气态时熵值最大,固态时熵值最小
B.体系越有序,熵值越小;越混乱,熵值越大
C.与外界隔离的体系,自发过程将导致体系的熵减小
D.25 ℃、1.01×105 Pa时,2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)是熵增反应
3.(2025·深圳期中检测)俗话说“冰冻三尺非一日之寒”,其中蕴含着化学知识。下列对“结冰”过程中的焓变和熵变的判断正确的是 ( )
A.ΔH>0 ΔS<0 B.ΔH<0 ΔS>0
C.ΔH<0 ΔS<0 D.ΔH>0 ΔS>0
题点(二) 化学反应方向的复合判据
4.已知ΔG=ΔH-TΔS,当ΔG<0时,反应能自发进行,当ΔG>0时,反应不能自发进行。下列说法中正确的是 ( )
A.自发反应的实现与反应条件无关
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,而吸热反应都是不能自发进行的反应
5.下列反应在任何温度下均能自发进行的是 ( )
A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g) ΔH=+163 kJ·mol-1
B.2Ag(s)+Cl2(g)2AgCl(s) ΔH=-254 kJ·mol-1
C.2HgO(s)2Hg(l)+O2(g) ΔH=+182 kJ·mol-1
D.2H2O2(l)O2(g)+2H2O(l) ΔH=-196 kJ·mol-1
|思维建模|象限记忆法判定化学反应的方向
第三节 化学反应的方向
新知探究(一)
1.自发 2.(1)自发
[题点多维训练]
1.选B 自然界中水由高处向低处流是自发过程,A不符合;室温下冰的融化是自发过程,其逆向室温下水结成冰是非自发的,B符合;气体从高密度处向低密度处扩散是自发过程,C不符合;煤气的燃烧是自发过程,D不符合。
2.选C 自发反应的逆过程在相同条件下不一定是自发的,A错误;铁在潮湿的空气中生锈属于自发反应,B错误;自发反应与外界条件有关,D错误。
3.选C 湿的衣服晾晒变干是衣服中的水吸收能量变为水蒸气的过程,不能用焓判据判断;硝酸铵溶于水为熵增加的过程,不能用焓判据判断;水蒸气凝结为水放出热量,可用焓判据判断;CaCO3分解为吸热反应,不能用焓判据判断。
4.选C 多数能自发进行的反应都是放热反应,并不是所有自发进行的反应都是放热反应,如氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是自发进行的吸热反应,所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素,但不是唯一因素,C正确。
新知探究(二)
1.(1)混乱 大 S (3)增大
[应用化学]
1.提示:ΔH-TΔS<0时反应才能自发进行,由于反应②的ΔH>0、ΔS>0,所以该反应自发进行所需要的温度条件为T>=≈1 709.4 K。所以反应②在高温下才能自发进行。
2.提示:反应①在常温下时,ΔH-TΔS=+74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K≈50.807 kJ·mol-1>0,所以该反应在常温下不能自发进行。
3.提示:裂解为炭黑和H2时,ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,得T>927.8 K,即自发裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时,ΔH-TΔS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0,解得T>1 709.4 K,即温度高于1 709.4 K时自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑,温度须控制为927.8 K4.提示:为了提高甲烷的炭化程度,应满足两方面要求:①温度应控制在927.8~1 709.4 K;②温度越高,ΔH-TΔS越小,越有利于自发进行,所以选用1 273 K最好。
[题点多维训练]
1.选A 干冰升华过程中,物质由固体变为气体,为吸热过程,ΔH>0,干冰升华过程中,干冰由固体变成气体,体系的混乱度增大,是一个熵增的过程,ΔS>0。
2.选C C项,体系都有从有序自发转变为无序的倾向,自发过程一般为熵增过程,错误。
3.选C 结冰的过程是放热过程,即ΔH<0,液态时的熵大于固态时的熵,则结冰的过程是熵减小的过程,即ΔS<0,A、B、D错误。
4.选B ΔG与温度T相关,则自发反应的实现与反应条件有关,A错误;熵增加且放热的反应,ΔS>0、ΔH<0,则ΔG=ΔH-TΔS<0,反应一定能自发进行,B正确;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,C错误;放热反应或吸热反应都可能自发进行,D错误。
5.选D 反应是吸热反应,ΔH>0,ΔS<0,ΔG大于0,任何温度下不能自发进行,故A错误;反应是放热反应,ΔH<0,ΔS<0,高温下不能自发进行,故B错误;反应是吸热反应,ΔH>0,ΔS>0,低温下不能自发进行,故C错误;反应是放热反应,ΔH<0,ΔS>0,任何温度下都能自发进行,故D正确。
3 / 6(共46张PPT)
第三节 化学反应的方向
学习目标 重点难点
1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2.能结合具体实例说明反应自发进行的方向。 重点 化学反应的方向与焓变、熵变的关系
难点 化学反应的方向与焓变、熵变的关系
新知探究(一) 化学反应自发性与
反应焓变的关系
新知探究(二) 化学反应自发性与
反应熵变的关系
课时跟踪检测
目录
新知探究(一) 化学反应自发性与
反应焓变的关系
1.自发过程与自发反应的比较
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 进行的化学反应
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
自发
2.化学反应自发性与反应焓变的关系
(1)放热反应:绝大多数都能 进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。
(2)吸热反应:有些也能自发进行。
(3)结论:反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。
自发
[题点多维训练]
√
题点(一) 自发过程与自发反应
1.下列过程属非自发的是( )
A.水由高处向低处流 B.室温下水结成冰
C.气体从高密度处向低密度处扩散 D.煤气的燃烧
解析:自然界中水由高处向低处流是自发过程，A不符合；室温下冰的融化是自发过程，其逆向室温下水结成冰是非自发的，B符合；气体从高密度处向低密度处扩散是自发过程，C不符合；煤气的燃烧是自发过程，D不符合。
√
2.下列关于自发反应的叙述正确的是 ( )
A.自发反应的逆过程在相同条件下也必定是自发的
B.铁在潮湿的空气中生锈属于非自发反应
C.自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程
D.自发反应与外界条件无关
解析:自发反应的逆过程在相同条件下不一定是自发的，A错误；铁在潮湿的空气中生锈属于自发反应，B错误；自发反应与外界条件有关，D错误。
题点(二) 化学反应自发性与反应焓变的关系
3.下列过程的方向能用焓判据判断的是( )
A.湿的衣服经过晾晒变干
B.硝酸铵溶于水
C.水蒸气凝结成水
D.CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g) ΔH>0
解析:湿的衣服晾晒变干是衣服中的水吸收能量变为水蒸气的过程，不能用焓判据判断；硝酸铵溶于水为熵增加的过程，不能用焓判据判断；水蒸气凝结为水放出热量，可用焓判据判断；CaCO3分解为吸热反应，不能用焓判据判断。
√
4.实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是 ( )
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素
解析:多数能自发进行的反应都是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，如氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是自发进行的吸热反应，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素，C正确。
√
新知探究(二) 化学反应自发性
与反应熵变的关系
1.反应熵变与反应方向
(1)熵:熵是度量一个体系 程度的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混乱度越大，体系越无序，体系的熵就越 ，熵的符号为 。
(2)物质熵大小的判断
对于同一物质，等物质的量的该物质其熵值大小与物质的存在状态有关，气态时熵值最大，固态时熵值最小，液态时介于二者之间，物质的状态与熵的大小的关系:S(g)>S(l)>S(s)。
混乱
大
S
(3)熵变与反应方向
含义 大多数自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向，导致体系的熵
_____
规律 大多数熵增加的反应都能自发进行
局限性 少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行，如NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s)
结论 熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素
增大
[微点拨] 熵变正、负的判断
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。
2.自由能与化学反应的方向
(1)自由能
ΔG=ΔH-TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关，单位:kJ·mol-1。T:开尔文温度，单位K。
(2)反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。
①当ΔG<0时，反应能自发进行；
②当ΔG=0时，反应处于平衡状态；
③当ΔG>0时，反应不能自发进行。
类型 ΔH ΔS ΔH-TΔS 反应的自发性
1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发
2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发
3 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发
4 >0 >0 高温能自发
应用化学
墨是我国传统“文房四宝”之一，与笔、纸、砚齐名。
一锭佳墨应具有质坚如玉、色泽黑润、落纸如漆、历久不褪
并香味浓郁等特点。
墨按原料可分为油烟墨、松烟墨和炭黑墨三类，其中炭黑可以由烷烃分解制备，已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应:
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，在图书馆查到了如下热力学数据:
反应①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1，ΔS(298 K)=+80.674 J·mol-1·K-1
反应②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1，ΔS(298 K)=+220.211 J·mol-1·K-1
已知焓变和熵变随温度变化很小。
1.判断反应②高温自发还是低温自发
提示:ΔH-TΔS<0时反应才能自发进行，由于反应②的ΔH>0、ΔS>0，所以该反应自发进行所需要的温度条件为T>=≈1 709.4 K。所以反应②在高温下才能自发进行。
2.通过计算判断反应①在常温下能否自发进行
提示:反应①在常温下时，ΔH-TΔS=+74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·
K-1×298 K≈50.807 kJ·mol-1>0，所以该反应在常温下不能自发进行。
3.制取炭黑的允许温度范围是多少
提示:裂解为炭黑和H2时，ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1
×T<0，得T>927.8 K，即自发裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。裂解为乙炔时，ΔH-TΔS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>1 709.4 K，即温度高于1 709.4 K时自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，温度须控制为927.8 K4.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哪个
A.905.2 K B.927 K C.1 273 K D.2 000 K
提示:为了提高甲烷的炭化程度，应满足两方面要求:①温度应控制在927.8~1 709.4 K；②温度越高，ΔH-TΔS越小，越有利于自发进行，所以选用
1 273 K最好。
[题点多维训练]
√
题点(一) 反应熵变
1.干冰升华过程中，其焓变和熵变均正确的是( )
A.ΔH>0，ΔS>0 B.ΔH>0，ΔS<0
C.ΔH<0，ΔS>0 D.ΔH<0，ΔS<0
解析:干冰升华过程中，物质由固体变为气体，为吸热过程，ΔH>0，干冰升华过程中，干冰由固体变成气体，体系的混乱度增大，是一个熵增的过程，ΔS>0。
√
2.下列对熵的理解错误的是 ( )
A.同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小
B.体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大
C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小
D.25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g)是熵增反应
解析:C项，体系都有从有序自发转变为无序的倾向，自发过程一般为熵增过程，错误。
3.(2025·深圳期中检测)俗话说“冰冻三尺非一日之寒”，其中蕴含着化学知识。下列对“结冰”过程中的焓变和熵变的判断正确的是 ( )
A.ΔH>0 ΔS<0 B.ΔH<0 ΔS>0
C.ΔH<0 ΔS<0 D.ΔH>0 ΔS>0
解析:结冰的过程是放热过程，即ΔH<0，液态时的熵大于固态时的熵，则结冰的过程是熵减小的过程，即ΔS<0，A、B、D错误。
√
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题点(二) 化学反应方向的复合判据
4.已知ΔG=ΔH-TΔS，当ΔG<0时，反应能自发进行，当ΔG>0时，反应不能自发进行。下列说法中正确的是( )
A.自发反应的实现与反应条件无关
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，而吸热反应都是不能自发进行的反应
解析:ΔG与温度T相关，则自发反应的实现与反应条件有关，A错误；熵增加且放热的反应，ΔS>0、ΔH<0，则ΔG=ΔH-TΔS<0，反应一定能自发进行，B正确；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，C错误；放热反应或吸热反应都可能自发进行，D错误。
√
5.下列反应在任何温度下均能自发进行的是 ( )
A.2N2(g)+O2(g)==2N2O(g) ΔH=+163 kJ·mol-1
B.2Ag(s)+Cl2(g)==2AgCl(s) ΔH=-254 kJ·mol-1
C.2HgO(s)==2Hg(l)+O2(g) ΔH=+182 kJ·mol-1
D.2H2O2(l)==O2(g)+2H2O(l) ΔH=-196 kJ·mol-1
解析:反应是吸热反应，ΔH>0，ΔS<0，ΔG大于0，任何温度下不能自发进行，故A错误；反应是放热反应，ΔH<0，ΔS<0，高温下不能自发进行，故B错误；反应是吸热反应，ΔH>0，ΔS>0，低温下不能自发进行，故C错误；反应是放热反应，ΔH<0，ΔS>0，任何温度下都能自发进行，故D正确。
|思维建模|象限记忆法判定化学反应的方向
课时跟踪检测
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2.自发过程:在一定的条件下，不需要外力就可以自动进行的过程。在常温常压下，下列诗句反映的景象与自发过程不一致的一项是 ( )
A.云开雾散旭风暖 B.飞流直下三千尺
C.雪消门外千山绿 D.欲渡黄河冰塞川
解析:云散开后太阳光照射可使雾蒸发，不需要外力作用，是自发过程，A不选；水总是自发地从高处流向低处，是自发过程，B不选；春天到了温度升高，雪融化，是自发过程，C不选；想渡过被冰覆盖的黄河，需要借助外力，不是自发过程，D选。
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一、选择题
1.下列几个过程中，属于熵减的变化是( )
A.干冰的升华 B.NaCl固体溶于水
C.2Na+Cl2 2NaCl D.NH4Cl NH3↑+HCl↑
解析:干冰的升华是混乱度增大的过程，熵增加，故A错误；NaCl固体溶于水是熵增加的过程，故B错误；2Na+Cl2 2NaCl，反应过程中熵减小，故C正确；NH4Cl NH3↑+HCl↑，反应过程中气体体积增大，熵增加，故D错误。
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3.研究化学反应能否自发进行在工业生产中有着重要的意义。下列说法中正确的是 ( )
A.若一个反应ΔH<0、ΔS>0，则该反应在低温下不能自发进行
B.反应NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s)在低温下能自发进行，则该反应的ΔH>0
C.反应CO(g)==C(石墨，s)+O2(g)的ΔS<0
D.温度升高到一定程度，化学反应均可实现自发进行
解析:若一个反应ΔH<0、ΔS>0，一定满足ΔG=ΔH-TΔS<0，反应在任何温度下均能自发进行，故A错误；反应NH3(g)+HCl(g)==NH4Cl(s)在低温下能自发进行，可知ΔG=ΔH-TΔS<0，从化学方程式知ΔS<0，则ΔH<0，故B错误；CO(g)==C(石墨，s)
+O2(g)为反应前后气体分子数减小的反应，故ΔS<0，故C正确；对于ΔH>0、ΔS<0的反应，满足ΔG=ΔH-TΔS>0，在任何温度下都不能自发进行，故D错误。
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4.科学家最近设计出生产氢气的人造树叶，原理为2H2O(g) 2H2(g)+O2(g)。则有关该反应自发进行的条件判断正确的是( )
A.低温 B.高温
C.任何温度下都能自发进行 D.一定非自发
解析:氢气燃烧为放热反应，该反应可以看作氢气燃烧的逆反应，因此是吸热反应，ΔH>0，正向为熵增的反应ΔS>0；根据ΔG=ΔH-TΔS，可以分析得出该反应在高温自发。
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5.25 ℃和1.01×105 Pa 时，CH3OH(g)+H2O(g) CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49 kJ·mol-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
解析:该反应是熵增加的吸热反应，即ΔH>0，ΔS>0，若要ΔG=ΔH-TΔS<0能自发进行，则熵增大效应大于焓效应，故D正确。
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6.(2025·兰州高二期中检测)闪电时空气中的N2和O2会发生反应:
N2(g)+O2(g)==2NO(g) ΔH=+180.50 kJ·mol-1，ΔS=+247.3 J·mol-1·K-1，若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是 ( )
A.在1 000 ℃时，此反应能自发进行
B.在1 000 ℃时，此反应不能自发进行
C.该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃
D.该反应能自发进行的最高温度约为730 K
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解析:ΔH=+180.50 kJ·mol-1，ΔS=+247.3 J·mol-1·K-1，当ΔH-TΔS=0时，T==730 K，即温度高于730 K时，ΔH-TΔS<0，反应能够自发进行，注意0 ℃时是273 K，1 000 ℃是1 273 K，在此温度下反应能够自发进行，故A正确，B错误；该反应能自发进行的最低温度约为730 K，故C、D错误。
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7.下列说法不正确的是 ( )
A.NH4NO3溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程
B.水凝结成冰的过程中，体系的混乱度变化ΔS<0
C.某化学反应自发进行的方向，与反应的ΔH和ΔS都有关
D.发生离子反应的条件之一是生成气体，此过程是一个ΔS>0的过程
解析:虽然NH4NO3溶于水吸热，但吸收的热量较少，固体转化为溶液时，混乱度增大，ΔS>0，则NH4NO3溶于水仍可以是自发过程，A不正确；水凝结成冰的过程中，水分子由无序排列转化为有规则排列，体系的混乱度减小，ΔS<0，B正确；某化学反应自发进行的方向，由焓判据和熵判据共同决定，所以与反应的ΔH和ΔS都有关，C正确；发生离子反应的条件之一是生成气体，此过程中物质由固态或液态转化为气态，混乱度增大，所以是一个ΔS>0的过程，D正确。
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8.(2025·喀什期中检测)关于如图所示的反应，下列说法正确的是 ( )
A.ΔH>0，ΔS>0 B.ΔH>0，ΔS<0
C.ΔH<0，ΔS<0 D.ΔH<0，ΔS>0
解析:反应为气体分子数增加的反应，为熵增反应，生成物总能量高于反应物总能量，为吸热反应，焓变大于零。
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9.化学反应的方向问题对于理论研究与生产实践都有重要的意义。下列说法错误的是 ( )
A.3O2 2O3时，熵减小
B.恒温恒压下，ΔH<0且ΔS>0的反应一定能自发进行
C.2NO(g)+2CO(g)==N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行，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
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解析:O2转变为O3时，气体的物质的量减小﹐则熵减小，A正确；恒温恒压下，ΔH<0且ΔS>0的反应在任何条件下均有ΔH-TΔS<0，即ΔH<0且ΔS>0的反应一定能自发进行，B正确；2NO(g)+2CO(g)==N2(g)+2CO2(g)中ΔS<0，常温下能自发进行，由ΔH-TΔS<0，可得该反应的ΔH<0，C错误；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，D正确。
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10.(2025·周口期末检测)“一饮涤昏寐，情来朗爽满天地。再饮清我神，忽如飞雨洒轻尘。三饮便得道，何须苦心破烦恼。”我国自古就有以茶待客的礼仪，下列化学方程式与泡茶到饮茶过程中的熵变、焓变以及自发性均一致的是 ( )
A.2H2O2(l)==2H2O(l)+O2(g)
B.2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)
C.2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)==BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l)
D.CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)
解析:泡茶过程是一个自发的、ΔS>0、ΔH<0的过程；2H2O2(l)==2H2O(l)+O2(g)的ΔS>0，ΔH<0，故A正确；2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0，故B错误；2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)==BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l)的ΔS>0，ΔH>0，故C错误；CaCO3(s)==CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0，ΔH>0，故D错误。
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11.(2025·佛山高二阶段测试)在图甲中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开，如图乙，两种气体分子立即都占有了两个容器。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.此过程是从混乱程度小向混乱程度大变化，即熵增大的过程
B.此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出
C.此过程是自发可逆的
D.此过程从有序到无序，混乱度增大
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解析:由题意“将中间活塞打开，两种气体分子立即都分布在两个容器中”，知该过程为混乱度增大，由有序到无序的过程属于熵增加的过程，故A、D正确；由题意可知此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出，故B正确；由题意知该过程中:ΔH=0，ΔS>0，所以ΔH-TΔS<0，可知该过程为自发过程，其逆过程不能自发进行，故C错误。
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12.(2025·浙江1月选考)下列说法正确的是 ( )
A.常温常压下H2(g)和O2(g)混合无明显现象，则反应2H2(g)+O2(g)==2H2O(l)在该条件下不自发
B.3H2(g)+N2(g) 2NH3(g) ΔH<0，升高温度，平衡逆移，则反应的平衡常数减小
C.CO(g)+H2(g) C(s)+H2O(g) ΔH<0，则正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.Na(s)+Cl2(g)==NaCl(s) ΔH<0，Na+(g)+Cl-(g)==NaCl(s) ΔH<0，则Na(s)+Cl2(g)==Na+(g)+Cl-(g) ΔH<0
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解析:根据复合判据ΔG=ΔH-TΔS，该反应ΔH<0、ΔS<0，常温时ΔG<0，故常温能自发进行，A错误；该反应为放热反应，升高温度，平衡逆移，平衡常数减小，B正确；该反应为放热反应，则E正-E逆<0，则正反应的活化能小于逆反应的活化能，C错误；①:Na(s)+Cl2(g)==NaCl(s) ΔH1<0，②:Na+(g)+Cl-(g)==NaCl(s) ΔH2<0，根据盖斯定律，反应①-反应②得到目标反应Na(s)+Cl2(g)==Na+(g)+Cl-(g)，则ΔH=ΔH1-ΔH2，由于不能明确ΔH1、ΔH2相对大小，则ΔH不能确定，D错误。
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13.(2025·南阳阶段检测)已知ΔG=ΔH-TΔS(忽略ΔH、ΔS随温度的变化)，若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据如图判断:600 ℃时，下列反应不能自发进行的是 ( )
A.C(s)+O2(g)==CO2(g)
B.2C(s)+O2(g)==2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+CO2(g)
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解析:根据图像可知，600 ℃时，C(s)+O2(g)==CO2(g)的ΔG<0，反应能自发进行，故A错误；600 ℃时，2C(s)+O2(g)==2CO(g) 的ΔG<0，反应能自发进行，故B错误；600 ℃时，TiO2(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+O2(g) 的ΔG>0，反应不能自发进行，故C正确；600 ℃时C(s)+O2(g)==CO2(g)与TiO2(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+O2(g)相加可得:TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)==TiCl4(g)+CO2(g) 的ΔG<0，反应能自发进行，故D错误。
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二、非选择题
14.(6分)(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO:2CO(g)==2C(s)+O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据:
。
(2)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，化学方程式如下:
2NO+2CO==2CO2+N2。反应能够自发进行，则反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0。理由是 。
14
不能实现，因为该反应的ΔH>0，ΔS<0，反应不可能自发进行
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该反应的ΔS<0，若该反应能自发进行，根据ΔG=ΔH-TΔS<0，可知ΔH<0
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15.(6分)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过氨热分解法制氢气。
相关化学键的键能数据
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:
(1)反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g) ΔH= kJ·mol-1。
15
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
解析:ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和，根据热化学方程式以及表格中数据可得ΔH=390.8 kJ·mol-1×3×2-(946 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1×3)=+90.8 kJ·mol-1。
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15.(6分)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过氨热分解法制氢气。 相关化学键的键能数据
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:
(2)已知该反应的ΔS=198.9 J·mol-1·K-1，在下列哪些温度下反应能自发进行
(填标号)。
A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃
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化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
解析:若反应能自发进行，则ΔG=ΔH-TΔS<0，代入数据，ΔG=ΔH-TΔS=90.8×103 J·mol-1-T×198.9 J·mol-1·K-1<0，则T>456.5 K，转化为摄氏温度，则T>183.5 ℃，故选CD。
CD课时跟踪检测(十三) 化学反应的方向
一、选择题
1.下列几个过程中,属于熵减的变化是 ( )
A.干冰的升华
B.NaCl固体溶于水
C.2Na+Cl22NaCl
D.NH4ClNH3↑+HCl↑
2.自发过程:在一定的条件下,不需要外力就可以自动进行的过程。在常温常压下,下列诗句反映的景象与自发过程不一致的一项是 ( )
A.云开雾散旭风暖 B.飞流直下三千尺
C.雪消门外千山绿 D.欲渡黄河冰塞川
3.研究化学反应能否自发进行在工业生产中有着重要的意义。下列说法中正确的是 ( )
A.若一个反应ΔH<0、ΔS>0,则该反应在低温下不能自发进行
B.反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在低温下能自发进行,则该反应的ΔH>0
C.反应CO(g)C(石墨,s)+O2(g)的ΔS<0
D.温度升高到一定程度,化学反应均可实现自发进行
4.科学家最近设计出生产氢气的人造树叶,原理为2H2O(g)2H2(g)+O2(g)。则有关该反应自发进行的条件判断正确的是 ( )
A.低温 B.高温
C.任何温度下都能自发进行 D.一定非自发
5.25 ℃和1.01×105 Pa 时,CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g) ΔH=+49 kJ·mol-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
6.(2025·兰州高二期中检测)闪电时空气中的N2和O2会发生反应:N2(g)+O2(g)2NO(g) ΔH=+180.50 kJ·mol-1,ΔS=+247.3 J·mol-1·K-1,若不考虑温度对该反应焓变的影响,则下列说法中正确的是 ( )
A.在1 000 ℃时,此反应能自发进行
B.在1 000 ℃时,此反应不能自发进行
C.该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃
D.该反应能自发进行的最高温度约为730 K
7.下列说法不正确的是 ( )
A.NH4NO3溶于水吸热,说明其溶于水不是自发过程
B.水凝结成冰的过程中,体系的混乱度变化ΔS<0
C.某化学反应自发进行的方向,与反应的ΔH和ΔS都有关
D.发生离子反应的条件之一是生成气体,此过程是一个ΔS>0的过程
8.(2025·喀什期中检测)关于如图所示的反应,下列说法正确的是 ( )
A.ΔH>0,ΔS>0 B.ΔH>0,ΔS<0
C.ΔH<0,ΔS<0 D.ΔH<0,ΔS>0
9.化学反应的方向问题对于理论研究与生产实践都有重要的意义。下列说法错误的是 ( )
A.3O22O3时,熵减小
B.恒温恒压下,ΔH<0且ΔS>0的反应一定能自发进行
C.2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)在常温下能自发进行,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
10.(2025·周口期末检测)“一饮涤昏寐,情来朗爽满天地。再饮清我神,忽如飞雨洒轻尘。三饮便得道,何须苦心破烦恼。”我国自古就有以茶待客的礼仪,下列化学方程式与泡茶到饮茶过程中的熵变、焓变以及自发性均一致的是 ( )
A.2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)
B.2CO(g)+O2(g)2CO2(g)
C.2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l)
D.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)
11.(2025·佛山高二阶段测试)在图甲中A、B两容器里,分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开,如图乙,两种气体分子立即都占有了两个容器。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.此过程是从混乱程度小向混乱程度大变化,即熵增大的过程
B.此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出
C.此过程是自发可逆的
D.此过程从有序到无序,混乱度增大
12.(2025·浙江1月选考)下列说法正确的是 ( )
A.常温常压下H2(g)和O2(g)混合无明显现象,则反应2H2(g)+O2(g)2H2O(l)在该条件下不自发
B.3H2(g)+N2(g)2NH3(g) ΔH<0,升高温度,平衡逆移,则反应的平衡常数减小
C.CO(g)+H2(g)C(s)+H2O(g) ΔH<0,则正反应的活化能大于逆反应的活化能
D.Na(s)+Cl2(g)NaCl(s) ΔH<0,Na+(g)+Cl-(g)NaCl(s) ΔH<0,
则Na(s)+Cl2(g)Na+(g)+Cl-(g) ΔH<0
13.(2025·南阳阶段检测)已知ΔG=ΔH-TΔS(忽略ΔH、ΔS随温度的变化),若ΔG<0,则该反应可以自发进行。根据如图判断:600 ℃时,下列反应不能自发进行的是 ( )
A.C(s)+O2(g)CO2(g)
B.2C(s)+O2(g)2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+CO2(g)
二、非选择题
14.(6分)(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO,有人设想按下列反应除去CO:2CO(g)2C(s)+O2(g)。已知该反应的ΔH>0,简述该设想能否实现的依据: 。
(2)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,化学方程式如下:2NO+2CO2CO2+N2。反应能够自发进行,则反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0。理由是 。
15.(6分)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过氨热分解法制氢气。
相关化学键的键能数据
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8
在一定温度下,利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题:
(1)反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g) ΔH= kJ·mol-1。
(2)已知该反应的ΔS=198.9 J·mol-1·K-1,在下列哪些温度下反应能自发进行 (填标号)。
A.25 ℃ B.125 ℃
C.225 ℃ D.325 ℃
课时跟踪检测(十三)
1.选C 干冰的升华是混乱度增大的过程,熵增加,故A错误;NaCl固体溶于水是熵增加的过程,故B错误;2Na+Cl22NaCl,反应过程中熵减小,故C正确;NH4ClNH3↑+HCl↑,反应过程中气体体积增大,熵增加,故D错误。
2.选D 云散开后太阳光照射可使雾蒸发,不需要外力作用,是自发过程,A不选;水总是自发地从高处流向低处,是自发过程,B不选;春天到了温度升高,雪融化,是自发过程,C不选;想渡过被冰覆盖的黄河,需要借助外力,不是自发过程,D选。
3.选C 若一个反应ΔH<0、ΔS>0,一定满足ΔG=ΔH-TΔS<0,反应在任何温度下均能自发进行,故A错误;反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在低温下能自发进行,可知ΔG=ΔH-TΔS<0,从化学方程式知ΔS<0,则ΔH<0,故B错误;CO(g)C(石墨,s)+O2(g)为反应前后气体分子数减小的反应,故ΔS<0,故C正确;对于ΔH>0、ΔS<0的反应,满足ΔG=ΔH-TΔS>0,在任何温度下都不能自发进行,故D错误。
4.选B 氢气燃烧为放热反应,该反应可以看作氢气燃烧的逆反应,因此是吸热反应,ΔH>0,正向为熵增的反应ΔS>0;根据ΔG=ΔH-TΔS,可以分析得出该反应在高温自发。
5.选D 该反应是熵增加的吸热反应,即ΔH>0,ΔS>0,若要ΔG=ΔH-TΔS<0能自发进行,则熵增大效应大于焓效应,故D正确。
6.选A ΔH=+180.50 kJ·mol-1,ΔS=+247.3 J·mol-1·K-1,当ΔH-TΔS=0时,T==730 K,即温度高于730 K时,ΔH-TΔS<0,反应能够自发进行,注意0 ℃时是273 K,1 000 ℃是1 273 K,在此温度下反应能够自发进行,故A正确,B错误;该反应能自发进行的最低温度约为730 K,故C、D错误。
7.选A 虽然NH4NO3溶于水吸热,但吸收的热量较少,固体转化为溶液时,混乱度增大,ΔS>0,则NH4NO3溶于水仍可以是自发过程,A不正确;水凝结成冰的过程中,水分子由无序排列转化为有规则排列,体系的混乱度减小,ΔS<0,B正确;某化学反应自发进行的方向,由焓判据和熵判据共同决定,所以与反应的ΔH和ΔS都有关,C正确;发生离子反应的条件之一是生成气体,此过程中物质由固态或液态转化为气态,混乱度增大,所以是一个ΔS>0的过程,D正确。
8.选A 反应为气体分子数增加的反应,为熵增反应,生成物总能量高于反应物总能量,为吸热反应,焓变大于零。
9.选C O2转变为O3时,气体的物质的量减小﹐则熵减小,A正确;恒温恒压下,ΔH<0且ΔS>0的反应在任何条件下均有ΔH-TΔS<0,即ΔH<0且ΔS>0的反应一定能自发进行,B正确;2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)中ΔS<0,常温下能自发进行,由ΔH-TΔS<0,可得该反应的ΔH<0,C错误;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,D正确。
10.选A 泡茶过程是一个自发的、ΔS>0、ΔH<0的过程;2H2O2(l)2H2O(l)+O2(g)的ΔS>0,ΔH<0,故A正确;2CO(g)+O2(g)2CO2(g)的ΔS<0,ΔH<0,故B错误;2NH4Cl(s)+Ba(OH)2(s)BaCl2(s)+2NH3(g)+2H2O(l)的ΔS>0,ΔH>0,故C错误;CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)的ΔS>0,ΔH>0,故D错误。
11.选C 由题意“将中间活塞打开,两种气体分子立即都分布在两个容器中”,知该过程为混乱度增大,由有序到无序的过程属于熵增加的过程,故A、D正确;由题意可知此过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出,故B正确;由题意知该过程中:ΔH=0,ΔS>0,所以ΔH-TΔS<0,可知该过程为自发过程,其逆过程不能自发进行,故C错误。
12.选B 根据复合判据ΔG=ΔH-TΔS,该反应ΔH<0、ΔS<0,常温时ΔG<0,故常温能自发进行,A错误;该反应为放热反应,升高温度,平衡逆移,平衡常数减小,B正确;该反应为放热反应,则E正-E逆<0,则正反应的活化能小于逆反应的活化能,C错误;①:Na(s)+Cl2(g)NaCl(s) ΔH1<0,②:Na+(g)+Cl-(g)NaCl(s) ΔH2<0,根据盖斯定律,反应①-反应②得到目标反应Na(s)+Cl2(g)Na+(g)+Cl-(g),则ΔH=ΔH1-ΔH2,由于不能明确ΔH1、ΔH2相对大小,则ΔH不能确定,D错误。
13.选C 根据图像可知,600 ℃时,C(s)+O2(g)CO2(g)的ΔG<0,反应能自发进行,故A错误;600 ℃时,2C(s)+O2(g)2CO(g) 的ΔG<0,反应能自发进行,故B错误;600 ℃时,TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g) 的ΔG>0,反应不能自发进行,故C正确;600 ℃时C(s)+O2(g)CO2(g)与TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)相加可得:TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+CO2(g) 的ΔG<0,反应能自发进行,故D错误。
14.(1)不能实现,因为该反应的ΔH>0,ΔS<0,反应不可能自发进行 (2)< 该反应的ΔS<0,若该反应能自发进行,根据ΔG=ΔH-TΔS<0,可知ΔH<0
15.解析:(1)ΔH=反应物键能总和-生成物键能总和,根据热化学方程式以及表格中数据可得ΔH=390.8 kJ·mol-1×3×2-(946 kJ·mol-1+436.0 kJ·mol-1×3)=+90.8 kJ·mol-1。(2)若反应能自发进行,则ΔG=ΔH-TΔS<0,代入数据,ΔG=ΔH-TΔS=90.8×103 J·mol-1-T×198.9 J·mol-1·K-1<0,则T>456.5 K,转化为摄氏温度,则T>183.5 ℃,故选CD。
答案:(1)+90.8 (2)CD
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