2、已知某一反应在室温下可以自发进行,但在高温下不能自发进行,据此可知该反应的()。A. 标准摩尔反应热大于零,标准摩尔反应熵变大于零。B. 标准摩尔反应热大于零,标准摩尔反应熵变小于零。C. 标准摩尔反应热小于零,标准摩尔反应熵变大于零。D. 标准摩尔反应热小于零,标准摩尔反应熵变小于零。
A. 标准摩尔反应热大于零,标准摩尔反应熵变大于零。
B. 标准摩尔反应热大于零,标准摩尔反应熵变小于零。
C. 标准摩尔反应热小于零,标准摩尔反应熵变大于零。
D. 标准摩尔反应热小于零,标准摩尔反应熵变小于零。
题目解答
答案
解析
本题考查化学反应自发性与标准摩尔反应热、标准摩尔反应熵变之间的关系,解题的关键在于利用吉布斯自由能变公式$\Delta G=\Delta H - T\Delta S$来判断反应在不同温度下的自发性。
1. 明确吉布斯自由能变与反应自发性的关系
在恒温恒压下,化学反应的自发性由吉布斯自由能变$\Delta G$决定:
- 当$\Delta G\lt0$时,反应能自发进行;
- 当$\Delta G = 0$时,反应达到平衡状态;
- 当$\Delta G\gt0$时,反应不能自发进行。
2. 根据题目条件分析反应在室温下的情况
已知反应在室温下可以自发进行,即室温$T_1$时$\Delta G_1\lt0$。根据吉布斯自由能变公式$\Delta G_1=\Delta H - T_1\Delta S\lt0$。
3. 根据题目条件分析反应在高温下的情况
已知反应在高温下不能自发进行,即高温$T_2$($T_2\gt T_1$)时$\Delta G_2\gt0$。根据吉布斯自由能变公式$\Delta G_2=\Delta H - T_2\Delta S\gt0$。
4. 联立方程分析$\Delta H$和$\Delta S$的正负
由$\Delta G_1=\Delta H - T_1\Delta S\lt0$可得$\Delta H\lt T_1\Delta S$;由$\Delta G_2=\Delta H - T_2\Delta S\gt0$可得$\Delta H\gt T_2\Delta S$。
因为$T_2\gt T_1$,若$\Delta S\geq0$,随着温度升高,$T\Delta S$增大,$\Delta H - T\Delta S$会更小于$0$,即反应在高温下也能自发进行,这与题目中高温下不能自发进行矛盾,所以$\Delta S\lt0$。
又因为$\Delta S\lt0$,要使$\Delta G_1=\Delta H - T_1\Delta S\lt0$,则$\Delta H$必须小于$0$。
综上,该反应的标准摩尔反应热小于零,标准摩尔反应熵变小于零。