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2.3化学反应的方向（分层作业）
1．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．2O(g)=3O(g) ΔH<0 B．2CO(g)=2C(s)+O (g) ΔH>0
3 2 2
C．N(g)+3H(g)⇌2NH (g) ΔH<0 D．CaCO (s)=CaO(s)+CO (g) ΔH>0
2 2 3 3 2
【答案】B
【解析】A．反应2O(g)=3O(g)， ΔH＜0，ΔS>0，该反应一定能自发进行，故A不符合题意；
3 2
B．反应2CO(g)=2C(s)+O (g)，ΔH>0，ΔS＜0，该反应一定不能自发进行，故B符合题意
2
C．反应N(g)+3H(g) ⇄2NH (g)，ΔH＜0，ΔS＜0，该反应在低温下能自发进行，故C不合题意；
2 2 3
D．反应CaCO (s)=CaO(s)+CO (g)，ΔH>0，ΔS>0，该反应在高温下能自发进行，故D不合题意；
3 2
答案选B。
2．氢气可用于制备HO 已知：①H(g)＋A(l)=B(l) ΔH；②O(g)＋B(l)=A(l)＋HO(l) ΔH，其中A、B均为
2 2. 2 1 2 2 2 2
有机物，两个反应均为自发反应，则反应H(g)＋O(g)=HO(l)的ΔH
2 2 2 2
A．大于0 B．小于0
C．等于0 D．无法判断
【答案】B
【解析】反应H(g)＋A(l)=B(l)和O(g)＋B(l)=A(l)＋HO(l)均为熵减反应，即ΔS<0，两反应均为自发反应，根
2 2 2 2
据ΔH-TΔS<0可知，这两个反应均为放热反应，则有ΔH<0，ΔH<0。根据盖斯定律，由①＋②可得：H(g)＋
1 2 2
O(g)=HO(l) ΔH，则有ΔH=ΔH＋ΔH<0；
2 2 2 1 2
故选B。
3．下列变化的熵变大于零的是
A．2HO(l)=2H O(l)＋O(g)
2 2 2 2
B．CO(g)→CO (s)
2 2
C．NaOH(aq)＋HCl(aq)=NaCl(aq)＋HO(l)
2
D．NH (g)＋HCl(g)=NH Cl(s)
3 4
【答案】A
【解析】A．2HO(l)=2H O(l)＋O(g)，液体的熵值小于气体，所以熵变大于零，A正确；
2 2 2 2
B．CO(g)→CO (s)，气体的熵值大于固体，所以熵变小于零，B错误；
2 2
C．NaOH(aq)＋HCl(aq)=NaCl(aq)＋HO(l)，溶液的熵值大于液体的熵值，所以熵变小于零，C错误；
2
D．NH (g)＋HCl(g)=NH Cl(s)，气态NH 和HCl的熵值大于固体NH Cl的熵值，所以熵变小于零，D错误；
3 4 3 4
故选A。
4．下列关于自发反应的叙述中，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
【答案】C
【解析】A．G为状态函数，方程式变向，G变为相反数，故自发反应的逆过程为非自发反应，A错误；
B．铁的生锈为放热反应，属于自发反应，B错误；
C．自发过程包括自发化学反应和自发物理过程，C正确；
D．G=H-TS，G大小受温度等外界条件影响，D错误；
答案选C。
5．我国科学家在碳资源化利用方面取得突破性进展，如合成 的反应为
，其能量变化示意图如下。下列有关该反应的叙述错误的是
A．该反应在任何温度下都能自发进行
B．该反应的自发性与焓变和熵变都有关
C．该反应的焓变和熵变与物质的聚集状态都有关
D．使用催化剂能加快反应速率，但焓变不会变化
【答案】A
【分析】根据示意图可知，反应CO(g)+3H(g) f CHOH(g)+H O(g)的ΔH<0，ΔS<0。据此分析。
2 2 3 2
【解析】A．该反应的ΔH<0，ΔS<0，根据反应自发进行的条件(ΔH-TΔS)<0，该反应在低温下可自发进行，故
A错误；
B．焓变和熵变都与反应的自发性有关，△H﹣T△S＜0为判断反应进行的综合判据，则焓变或熵变不能单独作
为反应自发性的判据，故B正确；
C．焓与物质的聚集状态有关，熵与物质的聚集状态也有关，熵值大小结论是：气态＞液态＞固态，故C正确；
D．使用催化剂能改变反应路径，降低反应的活化从而加快化学反应速率，能但改变不了焓变，故D正确；
故选A。
6．下列说法正确的是。A．常温常压下， 、 的溶解焓变相近， ；
，则
B．
C．非自发进行的反应一定不可能发生
D．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
【答案】A
【解析】A．反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；常温常压下，NaCO、CaCO 的溶解焓变相近，而碳酸
2 3 3
钙难溶与水、碳酸钠易溶于水，碳酸钠的溶解为自发进行的，则说明碳酸钠溶解的熵变更大，故△S>△S，A
1 2
正确；
B．固体变为液体的过程为熵增过程，熵变大于零，B错误；
C．反应是否自发进行有反应的焓变、熵变、温度共同决定；非自发过程，改变温度可能变为自发过程，如焓
变大于0，熵变大于0的反应低温可以是非自发进行的反应，高温下可以自发进行，C错误；
D．有些自发进行的反应也需要反应条件，才能进行，如氢气和氧气需要点燃反应，D错误；
故选A。
7．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：①CH(g)=C(s)＋2H(g)，②2CH(g)=C H(g)＋
4 2 4 2 2
3H(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：
2
①的ΔH(298 K)=74.848 kJ·mol-1，ΔS(298 K)=80.674 J·mol-1·K-1
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。请帮助这位同学考虑如下问题：
(1)判断②反应是高温自发还是低温自发： (填“高温”或“低温”)。
(2)通过计算判断①反应在常温下能否自发进行： 。
(3)求算制取炭黑的允许温度范围： 。
(4)为了提高甲烷的碳化程度，你认为下面四个温度中最合适的是___________(填字母)。
A．905.2 K B．927 K
C．1 273 K D．2 000 K
【答案】(1)高温
(2)不能自发进行
(3)927.8～1 709.4 K
(4)C
【解析】（1）反应ΔH—TΔS＜0时，反应能自发进行，由题给数据可知，反应②自发进行时反应温度T>376.426kJ/mol
≈1709.4 K，则该反应在高温下才能自发进行，故答案为：高温；
220.211×10−3kJ(mol·K)
（2）由题给数据可知，常温下时，反应①ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1—80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K≈50.807
kJ·mol-1>0，则该反应常温下不能自发进行，故答案为：不能自发进行；
（3）反应ΔH—TΔS＜0时，反应能自发进行，由题给数据可知，反应①自发进行时反应温度T>
74.848kJ/mol
80.674×10−3kJ(mol·K)
376.426kJ/mol
≈927.8 K，反应②自发进行时反应温度T> ≈1709.4 K，则利用甲烷制取炭黑温度须
220.211×10−3kJ(mol·K)
控制在927.8～1 709.4 K范围内，故答案为：927.8～1 709.4 K；
（4）利用甲烷制取炭黑温度须控制在927.8～1 709.4 K范围内，则为了提高甲烷的碳化程度，最合适的温度为
1 2
8．已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：①CH(g)→C(s)+2H (g)；
4 2
②2CH(g)→C H(g)+3H(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，在图书馆中查到了
4 2 2 2
如下热力学数据：
反应①的ΔH(298K)=+74.848kJ·mol-1，ΔS(298K)=+80.674J·mol-1·K-1。
反应②的ΔH(298K)=+376.426kJ·mol-1，ΔS(298K)=+220.211J·mol-1·K-1。
已知焓变和熵变随温度变化很小。请参考上述信息，回答下列问题：
(1)这两个反应在 (填“高温”或“低温”)下自发进行。
(2)反应①在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
(3)制取炭黑的允许温度范围为 。
(4)为了提高甲烷的炭化程度，下面四个温度中最合适的是___________(填字母)
A．905.2K B．927K C．1273K D．2000K
【答案】(1)高温
(2)不能
(3)927.8~1790.4 K
(4)C
【解析】（1）该反应是吸热的熵增反应，在高温下自发进行；
（2）ΔG=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）甲烷裂解为炭黑和氢气时，ΔG=ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>927.8 K；
裂解为乙炔时，ΔG=ΔH-TΔS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>1709.4 K，即温度高于
1709.4 K时自发裂解为乙炔和氢气，所以要制取炭黑，必须控制温度在927.8~1790.4 K；
（4）要提高甲烷的炭化程度，应在927.8~1790.4 K的范围内尽可能提高温度；
9．回答下列问题。(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO，发生反应：2CO(g)=2CO(g)＋O(g)，该反应的
2 2 2
ΔH (填“>”“<”或“=”)0，ΔS (填“>”“<”或“=”)0，在低温下，该反应 (填
“能”或“不能”)自发进行。
(2)已知在100kPa、298K时石灰石分解反应CaCO (s)=CaO(s)＋CO(g)的ΔH>0，ΔS>0，则：
3 2
①该反应常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度 (填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。
(3)已知下列数据：CaO(s)＋SO (g)=CaSO (s) ΔH=－401.9 kJ·mol－1
3 4
CaSO(s) CaO(s) SO (g)
4 3
S/J·mol－1·K－
107.0 39.75 256.65
1
用CaO(s)吸收高炉废气中的SO 气体 (填“能”或“不能”)防止SO 污染环境。
3 3
【答案】(1) > > 不能
(2) 不能 能
(3)能
【解析】（1）该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以ΔH>0，ΔS>0，低温时
ΔG=ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。
（2）①常温下石灰石不分解，反应不能自发进行；
②该反应的ΔH>0，ΔS>0，属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。
（3）根据已知数据求得ΔS=107.0 J·mol－1·K－1－39.75 J·mol－1·K－1－256.65 J·mol－1·K－1=－189.4 J·mol－1·K－1，
ΔH－TΔS=－401.9 kJ·mol－1－298 K×(－189.4×10－3kJ·mol－1·K－1)≈－345.46 kJ·mol－1，所以该反应能自发进行，
因此用CaO(s)吸收高炉废气中的SO 气体以防止SO 污染环境是可行的。
3 3
10．在相同条件下研究催化剂Ⅰ、Ⅱ对反应 的影响，各物质浓度c随反应时间t的变化的部分曲线如图，
下列说法正确的是
A．对于不能自发发生的反应，可寻找高效催化剂使其发生
B．与催化剂Ⅰ相比，Ⅱ使反应活化能更低C．a曲线表示使用催化剂Ⅰ时X的浓度随t的变化
D．使用催化剂时，能提高产物的产率
【答案】C
【解析】A．使用催化剂只能该表反应速率，缩短达到平衡的时间，不能改变焓变，因此使用催化剂不能改变
反应进行方向，故A错误；
B．根据图像可知，催化剂Ⅰ条件下的反应速率快于催化剂Ⅱ，催化剂Ⅰ条件下反应活化能更低，故B错误；
C．根据图像可知，在催化剂Ⅰ条件下，2min时生成4mol/LY，则消耗X为2mol/L，因此曲线a表示催化剂Ⅰ
条件下X的浓度随时间的变化，故C正确；
D．使用催化剂只能该表反应速率，对化学平衡移动无影响，因此不能提高平衡产率，故D错误；
答案为C。
11．下列关于化学反应方向的叙述不正确的是
A．化学反应的方向受焓变、熵变、温度影响
B．将氯化铵晶体与氢氧化钡晶体置于小烧杯中混合，产生刺激性气体，说明该反应低温自发，高温非自发
C．常温下很容易发生反应4Fe(OH) (s)+O(g)+2HO(l)=4Fe(OH) (s)，说明该反应ΔH< 0
2 2 2 3
D．NaHCO (s) + HCl(aq) = NaCl(aq) + CO (g) + HO(l) ΔH = +31.4 kJ·mol-1，反应能自发进行的原因是体系
3 2 2
有自发地向熵增方向转变的倾向
【答案】B
【解析】A．根据判据ΔH-TΔS可知，反应焓变ΔH、熵变ΔS、温度都可以影响反应方向，A正确；
B．氯化铵晶体与氢氧化钡晶体产生刺激性气体，属于熵增、焓增的反应，高温有利于反应自发进行性，B错
误；
C．4Fe(OH) (s)+O(g)+2HO(l)=4Fe(OH) (s)，△S<0，若常温下很容易发生，反应为放热反应，ΔH< 0，C正确；
2 2 2 3
D．NaHCO (s) + HCl(aq) = NaCl(aq) + CO (g) + HO(l) ΔH > 0，若反应能自发进行，则△S>0，与反应方程式一
3 2 2
致，体系有自发地向熵增方向转变的倾向，D正确；
故选B。
12．下列关于反应2SO (g)+O(g) 2SO (g)说法正确的是
2 2 3
A．该反应的△S>0
B．将部分SO 分离出来，v(正)将增大
3
C．使用适当催化剂能降低反应的活化能
D．反应平衡常数可表示为
【答案】C
【解析】A．由反应可知反应后气体分子数减小，△S<0，故A错误；
B．将部分SO 分离出来，降低生成物浓度，v(正)将减小，故B错误；
3C．适当催化剂可以降低反应活化能，加快反应速率，故C正确；
c2 (SO )
3
D．反应平衡常数可表示为K= ，故D错误；
c2 (SO )·c(O )
2 2
故选：C。
13．我国向国际社会承诺2030年“碳达峰”，2060年实现“碳中和”。研发CO 资源化利用技术，降低空气
2
中CO 含量成为世界各国研究热点。
2
(1)CO 与CH 是典型的温室气体，CH-CO 重整制合成气提供了一条规模化综合利用碳源、氢源并转化温室气
2 4 4 2
体的技术路线。
CO(g)＋CH(g)=2CO(g)＋2H(g) ΔH=＋247kJ·mol-1
2 4 2
①该反应△S 0。(填“>”或“<”)
②有传闻CH-CO 重整制合成气可以在任何条件下自发进行，你认为此传闻是否正确？ 。(填“正确”或
4 2
“错误”，并写出原因)
③若让此反应能自发进行，你认为应选择 。(填“高温”或“低温”)
(2)乙醇作为清洁燃料已被在添加汽油中使用，下面是二甲醚催化制备乙醇的主要反应：
反应Ⅰ：CO(g)+CHOCH (g)=CH COOCH (g)
3 3 3 3
反应Ⅱ：CHCOOCH (g)+2H(g)=CH CHOH(g)+CH OH(g)
3 3 2 3 2 3
固定CO、CHOCH 、H 的起始原料比为1：1：2、体系压强不变的条件下发生反应Ⅰ、Ⅱ，平衡时部分物质的
3 3 2
物质的量分数随温度变化如题所示。回答下列问题：
①反应Ⅱ为 反应。(填“吸热”或“放热”)
②曲线C 表示CHOH的物质的量分数。(填“可以”或“不可以”)
3
③由500K上升至600K，温度对反应Ⅰ的影响 对反应Ⅱ的影响。(填“大于”“等于”或“小于”)
【答案】(1) > 错误，△S>0，ΔH>0根据△G=ΔH-T△S那么有可能△G>0所以传闻错误 高温(2) 放热 可以 大于
【解析】（1）①由反应可知正向气体分子数增加，△S大于0；
②由反应可知△S>0，ΔH>0根据△G=ΔH-T△S那么有可能△G>0所以传闻错误；
③△S>0，ΔH>0根据△G=ΔH-T△S，T越高时△G<0，反应才能自发进行；
（2）①由图可知温度升高时CHCHOH(g)的物质的量分数减小，可知反应Ⅱ逆向移动，则逆向为吸热方向，
3 2
正向为放热反应；
②CH OH和CHCHOH均为反应Ⅱ的产物，且两者化学计量数之比为1：1，则物质的量分数变化趋势完全相
3 3 2
同，因此曲线C可表示CHOH的物质的量分数；
3
③由500K上升至600K，CHCHOH(g)物质的量量分数变化不大，但CHCOOCH (g)的物质的量分数明显减小，
3 2 3 3
则说明反应Ⅱ正向进行程度不大，而反应Ⅰ逆向程度较明显，可知温度对反应Ⅰ的影响大于对反应Ⅱ的影响。
14．NOx、CO 都是常见的空气污染物，研究它们的处理方法对环境保护有重要的意义。
(1)用催化剂将NO和CO转化为N 和CO 是处理尾气的重要方式之一。在298K，101kPa时，相关反应如下：
2 2
I：2NO(g)+2CO(g) 2CO(g)+N(g) △H = -751 kJ·mol-1，△S=-197.5J·mol -1K-1
2 2 1
Ⅱ：4NO(g) NO(g)+O (g)
2 2
Ⅲ：2CO(g)+O(g) 2CO(g)
2 2
请回答：
①反应I在298K时能否自发进行 (填“能”或者“否”)。
②目前汽车排气管内部装有三元催化器，尾气中反应物或生成物浓度随温度变化如图2、图3 所示。
请选择使用三元催化剂的最佳温度 ，并说明理由 。
③为探究温度对催化剂催化效果的影响，将固定比例 NO、CO 混合气体，以一定流速通过三元催化剂排气管，
相同时间内测量尾气中 NO 的含量，得到脱氮率随温度变化如图所示，已知图中 BC 段为平衡状态，且平衡
脱氮率为 m－n×10 -4T2，100℃≤T≤1000℃，m、n 为常数。下列说法不正确的是 。
A．平衡脱氮率 m－n×10 -4T2表达式中：m=0.69，n=2.5×10-3
B．CD 段处于平衡状态，因反应 I 正向放热，升温平衡逆向移动，故脱氮率降低
C．D 点平衡脱氮率为 44%
D．BA 段因温度下降，催化剂活性降低，故平衡脱氮率下降(2)工业上也可用 CH 在催化剂作用下还原 NO 消除污染，其反应为CH(g)+4NO(g) 2N(g)+CO (g)+2HO(g)
4 4 2 2 2
△H＜0。相同时间测得 NO 的转化率随反应温度变化的情况如图所示。请在图中画出其他条件不变，增大压
强(催化剂未失活)情况下，NO 的转化率随温度变化的图像 。
(3)一种焦炭催化 CO 还原 NO 反应的历程如下，请补充完整相关基元反应(“*”表示吸附态)：
A．NO NO*
B．2NO* ON-NO*
C．
D．ON-NO-CO* ON-N*+CO
2
E．
【答案】(1) 能 400℃左右 此时反应物CO和NO浓度较低，副产物NO浓度很低，CO 和N 浓
2 2 2
度较高。(或400℃左右时，以主反应生成CO 和N 为主，抑制了副反应NO的生成) BD
2 2 2
(2)
(3) ON-NO* +CO f ON-NO-CO* ON-N* + CO f N + CO
2 2
【解析】（1）①根据自由能公式△G=△H-T△S=-751000J/mol-298K×(-197.5J/mol·K)=-692.145kJ/mol<0，故反应I在298K时能自发进行。
②在400℃左右时，CO、NO、NO都的浓度都达到了最低，故400℃就是三元催化剂的最佳温度。
2
③A．平衡脱氮率 m－n×10-4T2表达式中，根据B（600，60），C（800，53），建立方程0.6=m-n×10-4×6002，
0.53=m-n×10-4×8002，解之m=0.69，n=2.5×10-3，A正确；
B．CD 段脱氮率还在下降，故不处于平衡状态，B错误；
C．D 点平衡脱氮率为 44%，根据A项知平衡脱氮率=0.69-2.5×10-3×10-4×10002=0.44，即44%，C正确；
D．BA 段因温度下降，反应速率减慢，故平衡脱氮率下降，D错误；
故选BD。
（2）该反应前后的系数和不变，故增大压强，平衡不移动，转折点和终点不变，但反应速率加快，起点上移，
故其图像为
（3）由D可知ON-NO*反应生成了NO-CO* ，故C的反应是：ON-NO* +CO ⇌ ON-NO-CO*；最终还有N 生
2
成，故E的反应是：ON-N* + CO ⇌ N + CO。
2 2
