第2章 第4节 化学反应进行的方向

1、教育精选第四节化学反应进行的方向1了解自发过程和化学反应的自发性。2通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。3初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变解释化学反应的方向。(难点)自 发 过 程 和 自 发 反 应基础·初探教材整理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，可以自发进行到显著程度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，冰雪融化钢铁生锈应用(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池(2)非自

2、发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2教材整理2自发过程的规律1自发过程的逆方向，相同条件下不自发进行。2体系趋向于从高能状态转变为低能状态。3体系趋向于从有序体系转变为无序体系。探究·升华思考探究已知：2H2O22H2O2NH4ClBa(OH2)·8H2O=BaCl22NH310H2O均为自发反应。问题思考：(1)自发反应不需要任何条件就能自发进行吗？【提示】不是。如H2和O2反应需要点燃。(2)自发反应就是物质能量降低的过程吗？【提示】不是。如NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O反应属于吸热反应，反应后生成物能量升高。(3)自发反应与其逆过程

3、互为可逆反应吗？【提示】不一定。可逆反应的正、逆过程均为自发反应，非可逆反应的正、逆过程不属于可逆反应。认知升华1并不是自发反应一定能发生，非自发反应一定不能发生。自发反应和非自发反应是指该反应过程是否有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定。例如：碳的燃烧是一个自发反应，但需要借助外界条件“点燃”，反应才能发生。由食盐水生成H2、Cl2和NaOH为非自发反应，在电解的条件下可以发生。2自发过程与非自发过程，自发反应与非自发反应的关系(1)一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的。(2)自发反应和非自发反应是可能相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下就是非

4、自发反应，如2NO(g)O2(g)=2NO2(g)是常温下的自发反应，而在高温条件下其逆反应是自发反应。(3)过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生以及过程发生的速率，如涂有防锈漆和未涂有防锈漆的铜制品器件，它们发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。题组·冲关1下列过程是非自发的是()A水由高处向低处流B煤炭的燃烧C铁在潮湿空气中生锈D室温下水结成冰【解析】自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。【答案】D2下列过程是自发进行的吸热反应的是()ANaOH与HCl反应BCO与O2点燃

5、C消石灰与氯化铵晶体的反应DSO3与H2O反应【解析】四项反应均为自发反应，而A、B、D三项均为放热反应。【答案】C3过程的自发性的作用是()A判断过程的方向B确定过程是否一定会发生C判断过程发生的速率D判断过程的热效应【解析】大量事实告诉我们，过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率，所以A正确，B、C错误。放热反应常常能自发进行，但有些吸热反应也能自发进行，D错误。【答案】A4下列关于自发过程的叙述中，正确的是()A只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程B需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程C同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发

6、的可能D非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程【解析】A项，自发过程可能需要在一定条件下自发进行，如木炭的燃烧；B项，FeSFeS是需要加热的自发过程，故B错；D项，CaCO3CaOCO2属于在高温下进行的非自发过程，故D错。【答案】C化 学 反 应 方 向 的 判 断基础·初探教材整理1焓判据1概念：体系总是趋向于从高能状态转化为低能状态(这时体系往往会对外做功或释放能量)，该判据又称能量判据。2应用：由焓判据知，放热过程(H<0)常常是易自发进行的。3焓判据的局限性2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJ/mol(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3

7、(s)NH3(g)H74.9 kJ/mol以上两个反应都是吸热反应，但是也可以自发进行，因此焓变是影响反应自发进行的因素，但不是唯一因素。教材整理2熵判据1熵(1)定义：用来量度体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。(2)影响因素：物质的状态。同种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。2熵变(1)符号：S(2)规律3熵判据(1)大多数自发反应有向体系混乱度增大的方向进行的趋向，导致体系的熵增大。(2)局限性少数熵减小的反应，在一定条件下也可以自发进行，如10 的液态水会自动结冰成为固态，就是熵减的过程(但它是放热的)；2Al(s)Fe2O3(s)=

8、Al2O3(s)2Fe(s)S39.35 J/(mol·K)，该反应是熵减过程，但在高温时能自发进行。教材整理3复合判据1表达式：GHTS。2规律当H<0，S>0时，反应自发进行；当H>0，S<0时，反应不能自发进行；当H>0，S>0或H<0，S<0时，反应能否自发进行与温度有关。探究·升华思考探究以下过程均为自发反应或自发过程：甲烷燃烧：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H802.3 kJ/mol氢气和氧气反应：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ/mol钠与水反应：2Na(s)2H2O

9、(l)=2NaOH(aq)H2(g)H368 kJ/mol硝酸铵溶于水要吸热。冰融化要吸热。两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀。问题思考：(1)对于自发反应，从能量角度分析它们为什么可以自发？【提示】反应的H均小于0，根据焓判据可知该反应为自发反应。(2)对于自发过程，这些过程都是自发的，与焓有关吗？是什么因素决定它们能自发进行？【提示】自发过程与焓无关，但是根据熵判据，它们属于自发过程。(3)合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJ/mol，S198.2 J/(mol·K)。根据焓判据分析298 K下该反应是否能自发进行？熵判据呢？【

10、提示】合成氨反应根据焓判据可知该反应能自发进行，但是根据熵判据可知该反应不能自发进行。所以，判断一个反应是否能自发进行，应用综合判据GHTS来分析。认知升华1焓判据：放热过程中体系能量降低，H<0，反应具有自发进行的倾向。2熵判据：在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(S>0)的方向转变的倾向。3复合判据(1)判据(2)温度对反应方向的影响题组·冲关题组1焓变与反应方向1下列自发反应可用焓判据来解释的是()A2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJ/molB(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJ/molC2H2(g)

11、O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ/molDCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H178.2 kJ/mol【解析】从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，使体系能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行。【答案】C2已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为C(石墨，s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJ·mol1C(金刚石，s)O2(g)=CO2(g)H395.4 kJ·mol1关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是()A石墨转化成金刚石是自发的过程B金刚石转化成石墨是自发的过程C石墨比金刚石能量高D金刚石比石墨稳定【解析】由得C(石墨

12、，s)=C(金刚石，s)H1.9 kJ/mol，根据焓判据，则说明金刚石变成石墨是自发的，B正确；H>0，说明石墨变成金刚石需吸收能量，则说明金刚石比石墨能量高，不稳定。【答案】B题组2熵变与反应方向3下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是()A化学反应的熵变与反应的方向无关B化学反应的熵变直接决定了反应的方向C熵值增大的反应都是混乱度增大的反应D能自发进行的反应熵值都增大【解析】A项，化学反应有利于向熵增方向自发进行，故A错；B项，熵变不是判断化学反应方向的唯一判据，故B错；D项，能自发进行的反应也有熵减的反应，如NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)，故D错。【答案】C4碳酸铵(N

13、H4)2CO3在室温下就自发地分解产生氨气，下列说法正确的是()A碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增加B碳酸铵分解是因为外界给予了能量C碳酸铵分解是吸热反应，根据焓判据不能自发分解D碳酸盐都不稳定，都能自发分解【解析】碳酸铵分解是吸热反应，因此不能用焓判据来解释反应的自发性，其反应能够自发进行，是因为体系中氨气的生成使熵增大。【答案】A题组3复合判据与反应方向5下列反应中，在高温下不能自发进行的是() 【导学号：29910029】ACO(g)=C(s)O2(g)B2NO2(g)=2NO(g)O2(g)C(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)DMgCO3(s)=

14、MgO(s)CO2(g)【解析】根据GHTS>0时，不反应不能自发进行，即对于熵减(S<0)的吸热反应(H>0)在任何温度下均不能自发进行。A项，H>0，S<0，故选A；B、C、D均为S>0的反应，故不选。【答案】A6一定条件下发生反应：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol1)的变化：关于该反应的下列说法中，正确的是()AH>0，S>0BH>0，S<0CH<0，S<0DH<0，S>0【解析】根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于

15、生成物的总能量，反应放热，H<0该反应发生后气体的物质的量减小，S<0。【答案】C7已知在100 kPa、298.15 K时石灰石发生分解反应： 【导学号：51182012】CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H178.3 kJ/molS160.4 J/(mol·K)，则(1)该反应_(填“能”、“不能”)自发进行；(2)据本题反应数据分析，温度_(填“能”、“否”)成为反应方向的决定因素；(3)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为_。【解析】(1)HTS178.3 kJ/mol298.15 K×160.4×103 kJ/(mol&

16、#183;K)130.5 kJ/mol>0，所以该反应不能自发进行。(2)因为该反应H>0、S>0，所以根据HTS可知在温度较高的时候，可能小于0。(3)根据HTS<0时，反应可自发进行，则有：T>H/S1 111.6 K。【答案】(1)不能(2)能(3)1 111.6K学业分层测评(十)(建议用时：45分钟)学业达标1下列说法正确的是()A凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的B自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小C常温下，反应C(s)CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的H>0D反应2Mg(s)CO2(g)=C(s)2MgO(

17、s)能自发进行，则该反应的H>0【解析】反应的自发性是由熵变和焓变共同决定的。若H<0，S>0，则一定自发，若H>0，S<0，则一定不能自发，若H<0，S<0或H>0，S>0，反应能否自发和温度有关，A、B错误；C项中反应的S>0，若H<0，则一定自发，现常温下不自发，说明H>0，正确；D项中反应的S<0，能自发，说明H<0，错误。【答案】C2下列说法完全正确的是()A自发进行的反应均是H<0反应BS为正值的反应均能自发进行C物质的量增加的反应，S为正值DCaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g

18、)；S>0【解析】有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为自发性的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即S不一定为正值，如2H2S(g)O2(g)=2H2O(s)2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增反应。【答案】D3水结冰的过程的焓变和熵变正确的是 ()AH>0，S<0BH<0，S>0CH>0，S>0DH<0，S<0【解析】H2O(l)H2O(s)为S<0的放热(H<0)过程。【答案】D4某

19、反应：A=BC在室温下能自发进行，在高温下不能自发进行，对该反应过程H、S的判断正确的是() 【导学号：51182014】AH<0、S<0BH>0、S<0CH<0、S>0DH>0、S>0【解析】由GHTS<0反应自发进行知：H<0、S<0的反应在低温时自发进行；H>0、S<0的反应一定不能自发进行；H<0、S>0的反应一定能自发进行；H>0、S>0的反应在高温时自发进行。【答案】A5已知反应：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ·mol1，下列对于反应2H2O(l

20、)=2H2(g)O2(g)的说法不正确的是()A吸热反应BS>0C只能在电解条件下进行D在一定温度下可以自发进行【解析】根据2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ·mol1知，2H2O(l)=2H2(g)O2(g)的H571.6 kJ·mol1，则第2个反应为吸热的熵增反应，A、B正确；由HTS<0反应自发进行可知，H2O(l)的分解在高温下可自发进行，因此C错误，D正确。【答案】C6对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是()A温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行B温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向C反

21、应焓变是决定反应能否进行的惟一因素D固体的溶解过程与熵变无关【解析】温度压强一定时，放热的、熵增加的反应一定能自发，A项错误；化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向，B项正确，C项错误。固体的溶解过程是熵增过程，D项错误。【答案】B7在化学反应A(g)B(g)2C(g)D(g)HQ kJ·mol1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。(1)Q_0(填“>、“<”或“”)。(2)熵变S_0(填“>”、“<”或“”)。(3)该反应_自发进行(填“能”或“不能”)。(4)升高温度平衡常数K_(填“增大”、“减小”或“不变”)，平衡向_

22、(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。【解析】据图像可知，该反应是放热反应，故Q<0。据反应特点可知，该反应是熵增大的反应；据此可知该反应能自发进行；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。【答案】(1)<(2)>(3)能(4)减小逆反应8有A、B、C、D 4个反应：反应ABCDH/(kJ·mol1)10.51.8012611.7S/(J·mol1·K1)30.0113.084.0105.0则在任何温度都能自发进行的反应是_；任何温度都不能自发进行的反应是_；另两个反应中，在温度高于_时可自发进行的反应是_，在温度低于_时可自发进行的反应是_。【解析】当H<0，S>0时，反应在任何温度下能自发进行，当H>0，S<0时，反应在任何温度下