综合试题一：平衡常数与反应方向判断

题目描述：在一个封闭容器内进行如下可逆反应：

\[ \text{N}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \leftrightarrow 2\text{NH}_3(\text{g}) \]

已知该反应的标准平衡常数 \( K_c = 4.5 \times 10^{-5} \)（在某温度下）。如果初始时加入的 \(\text{N}_2\) 和 \(\text{H}_2\) 的浓度分别为 \( 0.1 \, \text{mol/L} \) 和 \( 0.3 \, \text{mol/L} \)，而没有 \(\text{NH}_3\) 存在，请判断反应会向哪个方向进行？

解答：

首先计算反应商 \( Q_c \)：

\[ Q_c = \frac{[\text{NH}_3]^2}{[\text{N}_2][\text{H}_2]^3} \]

由于初始时 \([\text{NH}_3] = 0\)，所以 \( Q_c = 0 \)。显然，\( Q_c < K_c \)，因此反应将向生成更多产物的方向进行，即正方向。

综合试题二：焓变与熵变的关系

题目描述：某化学反应的焓变 (\( \Delta H \)) 为 -120 kJ/mol，熵变 (\( \Delta S \)) 为 +150 J/(mol·K)。请分析此反应在不同温度下的自发性。

解答：

根据吉布斯自由能公式：

\[ \Delta G = \Delta H - T\Delta S \]

当 \( \Delta G < 0 \) 时，反应自发进行。对于本题：

\[ \Delta G = -120 \, \text{kJ/mol} - T \cdot (150 \, \text{J/(mol·K)}) \]

单位转换后：

\[ \Delta G = -120 \, \text{kJ/mol} - T \cdot (0.15 \, \text{kJ/(mol·K)}) \]

解得：

- 当 \( T < 800 \, \text{K} \)，\( \Delta G < 0 \)，反应自发；

- 当 \( T > 800 \, \text{K} \)，\( \Delta G > 0 \)，反应非自发。

以上两道题目涵盖了化学反应原理中的重要概念，包括平衡常数的应用和焓变与熵变对反应自发性的判断。希望这些题目能够帮助同学们巩固相关知识点，并提高解题能力。如果有任何疑问或需要进一步解释的地方，欢迎随时提问！