2025年高考化学第一轮总复习：34化学反应的方向与调控

/2025年高考化学第一轮总复习：34化学反应的方向与调控1．(2025·广东湛江月考)化学反应的方向问题对于理论研究与生产实践都有极其重要的意义，下列有关化学反应方向的判断不正确的是()A．ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行B．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应C．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行D．2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH<0[答案]A[解析]ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都满足ΔG＝ΔH－TΔS<0，即任何温度下该反应均能自发进行，A错误；吸热反应的ΔH>0，ΔG＝ΔH－TΔS<0的反应可自发进行，则该反应是熵增反应，B正确；Na与H2O的反应是熵增的放热反应，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应可自发进行，C正确；2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)中ΔS<0，常温下能自发进行，即ΔG＝ΔH－TΔS<0，则该反应的ΔH<0，D正确。2．下列有关化学反应方向及判据的说法不正确的是()A．自发反应就是能较快进行的反应，非自发反应就是无法进行的反应B．自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据C．1molH2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]<S[H2O(g)]D．反应CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0，能否自发进行与温度有关[答案]A[解析]反应的自发性仅仅是指反应进行的倾向，与反应快慢无关，即自发反应不一定是能较快进行的反应，非自发反应改变条件后也可能进行，故A错误；根据自由能变可以准确地判断反应的自发性，故自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据，故B正确；气体的混乱度大于液体大于固体，故1molH2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]<S[H2O(g)]，故C正确；已知反应CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0，ΔS>0，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应能否自发进行与温度有关，故D正确。3．下列反应中ΔH>0、ΔS>0的是()A．HCl(g)＋NH3(g)=NH4Cl(s)B．高温下能自发进行的反应：2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)C．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)D．任何温度下均能自发进行的反应：COCl2(g)=CO(g)＋Cl2(g)[答案]B[解析]气体体积减小，ΔS<0，故A不选；2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)的ΔS>0，高温下能自发进行，可知ΔH>0，故B选；气体体积减小，ΔS<0，且ΔH<0，故C不选；气体体积增大，ΔS>0，任何温度下均能自发进行的反应，可知ΔH<0，故D不选。4．已知“凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应”。一定条件下，下列反应不能自发进行的是()A．2O3(g)=3O2(g)ΔH<0B．2CO(g)=2C(s)＋O2(g)ΔH>0C．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0D．CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0[答案]B[解析]A项，是一个ΔH<0、ΔS>0的反应，任何温度下都能自发进行；B项，是一个ΔH>0，ΔS<0的反应，任何温度下都不能自发进行；C项，是一个ΔH<0、ΔS<0的反应，低温条件下可自发进行；D项，是一个ΔH>0、ΔS>0的反应，高温条件下可自发进行。5．一定条件下：2NO2(g)N2O4(g)ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是()A．温度0℃、压强50kPaB．温度130℃、压强300kPaC．温度25℃、压强100kPaD．温度130℃、压强50kPa[答案]D[解析]测定二氧化氮的相对分子质量，要使测定结果误差最小，应该使混合气体中NO2的含量越多越好，为了实现该目的，应该改变条件使平衡尽可能地逆向移动。该反应是一个反应前后气体分子数减小的放热反应，可以通过减小压强、升高温度使平衡逆向移动，则选项中，温度高的为130℃，压强低的为50kPa，结合二者选D。6．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是()A．提高分离技术B．研制耐高压的合成塔C．研制低温催化剂D．探索不用N2和H2合成氨的新途径[答案]C[解析]由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。7．(2025·河北石家庄期中)恒容密闭容器中进行反应FeO(s)＋CO(g)Fe(s)＋CO2(g)ΔH<0。下列说法正确的是()A．当混合气体的密度不再变化时，反应达到平衡状态B．增大CO浓度，因为增大了活化分子百分数，导致反应速率增大C．该反应在高温下为自发反应D．平衡时，向容器中加入FeO可促使平衡正向移动[答案]A[解析]由题给化学方程式可知，反应过程中混合气体的质量一直在改变，容器容积不变，则混合气体密度一直在变，故当混合气体的密度不再变化时，说明反应达到平衡状态，A正确；增大CO浓度，会增大单位体积内的活化分子数，导致反应速率增大，活化分子百分数没有改变，B错误；已知该反应是一个放热反应，若ΔS>0，则该反应是一个恒自发反应，若ΔS<0，则该反应在低温下为自发反应，C错误；FeO是纯固体，平衡时向容器中加入FeO，平衡不移动，D错误。8．(2025·黑龙江大庆期中)氮化硼(BN)是重要的无机材料，可通过下面两个反应制得：反应Ⅰ：2B(s)＋N2(g)=2BN(s)反应Ⅱ：B2O3(s)＋2NH3(g)=2BN(s)＋3H2O(g)已知反应Ⅰ常温下自发，反应Ⅱ常温下不自发。下列说法错误的是()A．常温下反应Ⅰ的ΔG<0，但无法判断反应速率大小B．反应Ⅰ的ΔS<0，ΔH<0C．性能优良的催化剂可使反应Ⅱ在常温下自发进行D．反应Ⅱ中有极性键的断裂与形成[答案]C[解析]反应Ⅰ常温下自发进行，说明常温下反应Ⅰ的ΔG<0，但不能判断反应速率的大小，A正确；反应Ⅰ是气体分子数减小的反应，故ΔS<0，常温下可以自发进行，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知，ΔH<0，B正确；反应Ⅱ在常温下不能自发进行，催化剂不能改变反应的自发性，C错误；反应Ⅱ中有N—H断裂及O—H形成，故反应Ⅱ中有极性键的断裂与形成，D正确。9．Na2CO3固体溶于水可表示为Na2CO3(s)=2Na＋(aq)＋COeq\o\al(2－,3)(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS，已知：S[Na2CO3(s)]＝138.8J·K－1·mol－1；S[Na＋(aq)]＝58.4J·K－1·mol－1；S[COeq\o\al(2－,3)(aq)]＝56.9J·K－1·mol－1；且ΔS＝S(反应后)－S(反应前)。下列说法正确的是()A．ΔH和ΔS均大于零B．ΔH和ΔS均小于零C．ΔH小于零，ΔS大于零D．ΔH大于零，ΔS小于零[答案]C[解析]碳酸钠固体溶于水发生两个过程，电离过程吸收热量，形成水合离子的过程放出热量，由于后者放出的热量更多，焓变ΔH<0；由于S[Na2CO3(s)]＝138.8J·K－1·mol－1，S[Na＋(aq)]＝58.4J·K－1·mol－1，S[COeq\o\al(2－,3)(aq)]＝56.9J·K－1·mol－1，且ΔS＝S(反应后)－S(反应前)，则ΔS＝(58.4×2＋56.9)J·K－1·mol－1－138.8J·K－1·mol－1＝34.9J·K－1·mol－1，ΔS>0，故选C。10．氨既是一种重要的化工产品，又是一种重要的化工原料。下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析错误的是()A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒B．步骤②“加压”可以加快反应速率，但压强过高，氨的产率会降低C．步骤③一般选择控制反应温度为400～500℃，因为在该温度下催化剂的活性最大D．步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本[答案]B[解析]步骤①中“净化”可除去杂质，防止催化剂中毒，故A正确；合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率和氨的产率，加压也可以提高反应速率，故B错误；400～500℃时催化剂的活性最大，催化效果最佳，因此步骤③一般选择控制反应温度为400～500℃，故C正确；液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本，故D正确。11．大气中的SO2是造成酸雨的主要污染物。最新研究表明，[N(CH3)4]2SO4(s)能与SO2进行如下可逆反应，使其可能成为绿色的SO2吸收剂[N(CH3)4]2SO4(s)＋SO2(g)[N(CH3)4]2S2O6(s)ΔH<0则用[N(CH3)4]2SO4(s)吸收SO2的适宜条件为()A．高温、高压 B．低温、高压C．高温、低压 D．低温、低压[答案]B[解析]正反应放热，则降低温度可使平衡向正反应方向移动，反应为气体体积减小的反应，则增大压强有利于平衡向正反应方向移动，答案为B。12．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器容积不变，固体试样体积忽略不计)，使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该条件下的平衡数据如下表，下列说法正确的是()温度/℃15.020.025.030.035.0平衡总压强/kPa5.78.312.017.124.0eq\f(平衡气体总浓度,10－3mol·L－1)2.43.44.86.89.4A．该可逆反应达到平衡的标志之一是混合气体平均相对分子质量不变B．因该反应熵变ΔS大于0，焓变ΔH大于0，所以在低温下正向自发进行C．达到平衡后，若在恒温下压缩容器容积，氨基甲酸铵固体的质量增加D．根据表中数据，计算15.0℃时的NH3平衡浓度为1.6mol·L－1[答案]C[解析]根据化学方程式NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)可知，生成的气体的物质的量之比始终是2∶1，所以气体的平均相对分子质量始终不变，故不能作为达到平衡状态的判断依据，A项错误；从表中数据可以看出，随着温度升高，气体的总浓度增大，平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，ΔH>0，反应中固体变为气体，混乱度增大，ΔS>0，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知反应在高温下正向自发进行，B项错误；压缩容器容积，气体压强增大，平衡逆向移动，氨基甲酸铵固体的质量增加，C项正确；反应中生成的氨和二氧化碳的浓度之比为2∶1，总浓度为2.4×10－3mol·L－1，所以氨的浓度为1.6×10－3mol·L－1，D项错误。13．化学家PaulSabatier研究发现，CO2在催化剂作用下能够转化为甲烷，即Sabatier反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH1<0；副反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2>0。(1)研究发现，若其他条件不变，压强对CO2的转化率和CH4的选择性的影响如图所示。化工生产上，通常选取0.1MPa而不选取更高的压强，原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)t℃时，向某刚性容器中充入1molCO2和1molH2，若仅发生Sabatier反应，下列说法正确的是________(填字母)。a．H2的转化率先逐步减小后保持不变b．CO2的正反应速率先逐步减小后保持不变c．反应混合物的密度始终保持不变d．该反应的平衡常数先逐步减小后保持不变[答案](1)虽然增大压强可使CO2的转化率和CH4的选择性稍有增大，但能耗更大、成本更高，综合经济效益下降(其他合理说法也可，如0.1MPa下，CO2的转化率和CH4的选择性已经较高，再进一步增大压强，CO2的转化率和CH4的选择性变化不大，且加压会增大设备投资和能耗)(2)bc[解析](1)根据题图可以得出压强大于0.1MPa时，CO2的转化率和CH4的选择性变化已经不明显，如果继续增大压强，会增大设备投资和能耗，反而降低了生产效益。(2)根据题意，随着反应进行，H2的消耗量越来越多，其转化率越来越大，达到平衡后保持定值，a错误；随着反应进行，正反应速率逐渐减小，当正、逆反应速率相等时达到平衡状态，b正确；混合物的质量不变，容器容积不变，故密度不变，c正确；化学平衡常数仅随温度的改变而改变，若温度始终为t℃，平衡常数保持不变，d错误。14．化学反应方向的综合判据是判断反应能否自发进行的关键。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。思考并完成下列各题：化学反应ΔH/kJ·mol－1ΔS/J·K－1·mol－1①2H2O2(aq)=2H2O(l)＋O2(g)－9857.2②CO2(g)=C(s，石墨)＋O2(g)393.5－2.86③HCl(g)＋NH3(g)=NH4Cl(s)－176－285(1)根据表中数据可知：反应①在________下(填“高温”“低温”或“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______________。[答案](1)任何温度(2)否热分解法分解CO2消耗大量能量(3)T<617.5K[解析](1)根据ΔH－TΔS<0反应自发进行，ΔH<0，ΔS>0，则在任何温度下反应①都能正向自发进行。(2)热分解法分解CO2，是吸热过程，需要消耗大量能量，催化剂不能改变反应能量变化，故此方法不行。(3)据ΔH－TΔS<0反应自发进行，代入数据得－176kJ·mol－1－T·(－285×10－3)kJ·K－1·mol－1<0，解得T<617.5K。15．(2025·山东济南模拟)以CH4、CO2为原料制备合成气(CO、H2)，发生的反应如下：主反应a：CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH1＝＋373.9kJ·mol－1副反应b：CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH2＝＋74.8kJ·mol－1副反应c：CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g)ΔH3已知：主反应选择性指发生主反应所消耗的CH4在全部所消耗的CH4中占有的比例。在同一固相催化剂和5×105Pa下，研究不同温度，eq\f(nCH4,nCO2)投料比对CH4平衡转化率及H2O体积分数的影响，数据如图所示。(1)反应c的ΔH3________0(填“大于”“等于”或“小于”)。(2)根据图像，选择合成体系适宜的反应条件为________、eq\f(nCH4,nCO2)＝________，原因是_______________________________________________________________________________