第14讲 化学反应的方向

第14讲第14讲化学反应的方向知识导航知识导航课前引入自然界有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。自然界有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。例如，水总是自发地从高处流向低处，放在书包里的耳机线总是自发地缠绕到一起，而相反的过程却不能自发进行。有些化学反应也是自发进行的，而且具有方向性。那么，如何判断化学反应自发进行的方向呢?知识精讲知识精讲一、自发过程与自发反应1．自发过程：在一定条件下，不需借助外力就能____________的过程。（1）特点：①高能状态→低能状态（对外做功或释放热量）；②有序→无序（无序体系更加稳定）。（2）实例：高山流水，自由落体，冰雪融化。2．自发反应：在给定的条件下，可以____________到显著程度的化学反应。如：钢铁生锈。3．特征：具有____________，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。【答案】自发进行自发进行方向性思考与交流：自发反应不需要任何条件就能自发进行吗？【答案】不是，如H2和O2反应需要点燃。二、焓判据1．放热过程中体系能量_______，ΔH_______，具有自发的倾向。2．实验发现，大多数放热反应是可以自发进行的。如：Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s)ΔH=-216.8kJ/mol3．有些吸热反应也可以自发进行，如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热的，但是这个反应却是可以自发进行的，故不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向，焓变只是影响反应方向的一种因素。【答案】降低＜0三、熵判据1．熵的定义描述体系_____________的物理量，一般用S表示。熵值越大，体系的混乱度_______。2．熵的大小同种物质的熵值与其存在状态有关，S(g)____S(l)____S(s)。3．熵判据体系的混乱度（即熵值）增加，ΔS＞0，反应有自发的倾向。有些熵减的过程也能自发进行，如乙烯聚合为聚乙烯的反应，故熵变只是影响反应方向的一种因素。【答案】混乱程度越大＞＞四、复合判据（自由能ΔG）1.定义：在等温、等压条件下的封闭体系中，自由能的变化ΔG=ΔH﹣TΔS。(单位为kJ/mol)2.判断标准：（1）当ΔG<0时，反应能自发进行；（2）当ΔG=0时，反应处于平衡状态；（3）当ΔG>0时，反应不能自发进行。情况焓变熵变自由能变化反应能否自发进行①ΔH＜0ΔS＞0__________________②ΔH＞0ΔS＜0__________________③ΔH＜0ΔS＜0__________________④ΔH＞0ΔS＞0__________________【答案】ΔG＜0能ΔG＞0不能无法判断无法判断无法判断无法判断及时小练判断下列判断下列4个反应能否自发进行，如能，需要在什么条件下？(1)________________________(2)________________________(3)________________________(4)________________________【答案】任何温度下都能自发进行任何温度下都不能自发进行低温下能自发进行高温下能自发进行对点训练对点训练题型一：自发过程与自发反应【例1】（2021·莆田第七中学高二期末）下列过程是非自发的是A．水由高处向低处流B．氯气和溴化钾溶液的反应C．铁在潮湿空气中生锈D．室温下水结成冰【答案】D【详解】A．水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不选；B．氯气的氧化性比溴强，氯气能够与KBr溶液发生置换反应，属于自发进行的过程，故B不选；C．铁生锈为自发进行的氧化还原反应，反应放热，常温下可自发进行，故C不选；D．室温下冰会自发的融化，室温下水结成冰不是自发进行的过程，故D选；故选D。题型二：熵的大小比较【例2】（2021·浙江高考真题）相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是A． B．C． D．【答案】B【详解】A．和物质的量相同，且均为气态，含有的原子总数多，的摩尔质量大，所以熵值，A错误；B．相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值，B正确；C．等量的同物质，熵值关系为：，所以熵值，C错误；D．从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低，所以熵值，D错误；答案为：B。题型三：自由能判断反应进行的方向【变3-2】（2021·汕头市第一中学高二期末）现有两个热化学反应方程式：(l)+H2(g)(l)ΔH＞0①(l)+2H2(g)(l)ΔH＜0②下列说法正确的是A．反应①②中都存在：ΔS＞0B．反应①一定不能自发进行C．在通常情况下，①②都能自发进行D．反应②高温时，可自发进行【答案】B【详解】A．由题中热化学反应方程式可知，反应①②均为熵减反应，即ΔS＜0，A项错误；B．由题可知，反应①ΔH＞0，ΔS＜0，则ΔH-TΔS＞0，所有温度下反应都不能自发进行，B项正确；C．由B项可知，反应①在所有温度下都不能自发进行；反应②的ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH-TΔS＜0，即反应②低温时，可自发进行，C项错误；D．由题可知，反应②ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH-TΔS＜0，即反应②低温时，可自发进行，D项错误；答案选B。【例4】（2021·云南省云天化中学高二期中）某化学反应A(s)=D(g)+E(g)ΔH-TΔS=(-4500+11T)kJ·mol-1(其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为热力学温度，单位为K)，要防止反应发生，温度必须A．高于409K B．低于136KC．高于136K而低于409K D．低于409K【答案】A【详解】要防止反应发生，ΔH-TΔS＞0，则-4500+11T＞0，解得T＞409，答案选A。【例5】（2021·河南高二月考）已知体系自由能变化时反应能自发进行．两个氢化反应的与温度的关系如图所示，下列说法正确的是A．反应①的B．反应②在时的反应速率很快C．温度大于时，反应①能自发进行D．反应②的【答案】C【分析】由图像分析可知：反应①随温度的升高，逐渐减小；反应②随温度的升高逐渐增大，结合分析解答。【详解】A．反应①随温度的升高，逐渐减小，则，故A错误；B．该题我们可以推测自发反应时的温度，但无法推测什么温度的反应快慢，故B错误；C．因时，反应能自发进行，反应①在温度大于1000℃时，故此时反应①能自发进行，故C正确；D．根据数学知识可知，为该图像的截距，而反应而的截距小于0，故，故D错误；答案选C。【变5-2】（2021·山东高三专题练习）已知异丁烯与HCl发生加成反应有两种可能，反应历程及能量变化如图1、图2所示：

下列说法错误的是A．反应①比反应②速率快B．过渡态Ⅰ比过渡态Ⅱ稳定C．异丁烯与HCl发生加成反应的主要产物为(CH3)3CClD．异丁烯与HCl发生加成反应是放热反应，故能自发进行【答案】D【详解】A．生成①的过程所需活化能较低，则反应速率较快，故A正确；B．过渡态Ⅰ能量较低，则比过渡态Ⅱ稳定，故B正确；C．活化能越低，反应越易进行，可知异丁烯与HCl发生加成反应的主要产物为(CH3)3CCl，故C正确；D．根据图像可知反应物总能量高于生成物总能量，因此异丁烯与HCl发生加成反应是放热反应，但能否能自发进行还需要考虑熵变，故D错误；故选D。【例6】（2020·全国高二）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，发生反应：，该反应的∆H________(填“>”或“<”，下同)0，∆S_______0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为。反应在常温下能够自发进行，则反应的∆H______(填“>”或“<”)0。(3)已知在、时石灰石分解反应的、。①常温下，该反应________(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”)成为反应进行方向的决定因素。(4)已知，该反应能够自发进行的反应条件是______。(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的∆S_____(填“>”或“<”)0。【答案】>>不能<不能能高温>【详解】(1)由于在中燃烧生成为放热反应，则二氧化碳分解生成和氧气的反应为吸热反应，，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，，故低温下，反应不能自发进行。(2)时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下，常温下反应能够自发进行，则。(3)①根据时反应自发进行，已知，，则常温下不能自发进行；②该反应的、，高温条件下能使，而常温条件下，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素。(4)该反应的、，则高温时，反应能自发进行。(5)已知某吸热反应能自发进行，即，，则。提分特训提分特训【题1】（2021·厦门市湖滨中学高二开学考试）下列说法正确的是A．在常温下，放热反应能自发进行吸热反应不能自发进行B．，能自发进行的原因是＞0C．焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判断依据D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向【答案】B【详解】A．△H-T△S＜0的反应可自发进行，则常温下放热反应、吸热反应均可能自发进行，故A错误；

B．△H=+185.57

kJ•mol-1，能自发进行的原因是△S＞0，可满足△H-T△S＜0，故B正确；

C．焓变和熵变单独作为反应自发性的判断依据，不够准确，故C错误；

D．使用催化剂不能改变化学反应进行的方向，故D错误；

故选：B。【题2】（2020·新源县第二中学高二期末）下列说法中正确的是A．吸热反应反应一定不能发生反应B．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应C．需要加热才能发生的反应，一定是吸热反应D．催化剂可以改变反应进行的方向【答案】B【详解】A．吸热反应在一定条件下能发生反应，例如加热时碳和二氧化碳可以反应生成CO，A错误；B．某吸热反应能自发进行，即ΔH＞0，根据ΔG=ΔH－TΔS＜0可知该反应一定是熵增反应，B正确；C．需要加热才能发生的反应，不一定是吸热反应，例如碳燃烧等，C错误；D．催化剂可以改变反应速率，不能改变反应进行的方向，D错误；答案选B。【题3】（2021·全国高二课时练习）实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的C．焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一因素【答案】C【详解】多数能自发进行的反应都是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，如氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应是自发进行的吸热反应，所以只能说焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素，C正确。

故选C。【题4】（2021·贵州遵义市·）在工业生产中，对能够发生的化学反应，研究和选择合适的反应条件才有实际意义。恒温恒压下，下列过程一定不能自发进行的是A．4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)△H<0B．CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)△H<0C．2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△H>0D．2H2O(1)+O2(g)=2H2O2(aq)△H>0【答案】D【分析】根据△G=△H-T△S，若△H＜0且△S＞0，则反应自发进行；若△H＞0且△S＜0，则反应不能自发进行；若△H＞0且△S＞0，则反应在高温下自发进行；若△H＜0且△S＜0，则反应在低温下自发进行。【详解】A．随着反应的进行，气体的物质的量减少，△S＜0，又△H<0，故低温可自发进行，A不符合题意；B．随着反应的进行，气体的物质的量减少，△S＜0，又△H<0，故低温可自发进行，B不符合题意；C．随着反应的进行，气体的物质的量增多，△S＞0，又△H<0，故可自发进行，C不符合题意；D．随着反应的进行，气体的物质的量减少，△S＜0，又△H＞0，故不能自发进行，D符合题意；故选D。【题5】（2022·浙江）下列对化学反应预测不正确的是选项化学方程式已知条件预测AW(s)＋G(g)=2Q(g)任何温度都自发进行ΔH＜0B4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s)常温下自发进行ΔH＞0B3C(s)＋CaO(s)=CaC2(s)＋CO(g)常温下不能自发进行ΔH＞0D2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)常温下能够自发进行ΔH＜0A．A B．B C．C D．D【答案】B【详解】A．W(s)+G(g)═2Q(g)反应为气体的化学计量数增大的反应，△S＞0，△H＜0，反应能够自发进行，A正确；B．4M(s)+N(g)+2W(l)═4Q(s)为气体的化学计量数减小的反应，△S＜0，当△H＞0时，△H-T△S＞0，一定不能自发进行，B错误；C．3C(s)＋CaO(s)=CaC2(s)＋CO(g)的∆S＞0，在常温下不能自发进行，则表明反应吸热，即说明该反应的ΔH＞0，C正确；D．常温下，2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的∆S＜0，能够自发进行，则表明反应放热，即该反应的ΔH＜0，D正确；故答案为：B。【题6】（2022·全国高三专题练习）判断正误(1)ΔH＜0，ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行_______(2)一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0_______(3)反应NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0_______(4)2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH＞0_______(5)SO2(g)=S(g)＋O2(g)ΔH＞0，ΔS＞0，该反应不能自发进行_______(6)SO2(g)＋2H2S(g)=3S(s)＋2H2O(l)ΔH＜0，低温下能自发进行_______(7)常温下，反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0_______(8)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂可以改变化学反应进行的方向_______(9)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行_______(10)NH4HCO3(g)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH=185.57kJ·mol-1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向_______【答案】错误正确正确错误错误正确正确错误正确正确【详解】(1)ΔH＜0，ΔS＞0的反应，所有温度下△H-T△S＜0，反应自发进行，故错误；(2)一定温度下，反应MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)是吸热反应ΔH＞0，气体分子数增大的反应ΔS＞0，故正确；(3)反应NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行△H-T△S＜0，，又△S＜0，则该反应的ΔH＜0，故正确；(4)2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行△H-T△S＜0，，又△S＜0，则该反应的ΔH＜0，故错误；(5)SO2(g)=S(g)＋O2(g)ΔH＞0，ΔS＞0，该反应在高温下能自发进行，故错误；(6)SO2(g)＋2H2S(g)=3S(s)＋2H2O(l)ΔH＜0，又△S＜0，低温下能自发进行，故正确；(7)常温下，反应C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，△H-T△S＞0，ΔS＞0，则该反应的ΔH＞0，故正确；(8)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂只改变反应速率，不影响平衡的移动，使用催化剂不可以改变化学反应进行的方向，故错误；(9)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行，还要看△H-T△S的值，故正确；(10)NH4HCO3(g)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH=185.57kJ·mol-1，该反应为吸热反应，不能自发进行；而最终该反应能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向，故正确；提分作业提分作业【练1】（2021·全国高二课时练习）下列说法正确的是A．非自发的反应一定可以通过改变条件使其成为自发反应B．相同物质的量的同种物质气态时熵值最小，固态时熵值最大C．反应在室温下可自发进行，则该反应的D．恒温恒压下，且的反应一定不能自发进行【答案】C【详解】A．且的反应，即使改变条件也不能自发进行，A错误；B．熵是指体系的混乱程度，相同物质的量的同种物质：，B错误；C．反应能自发进行的判据是，由反应方程式可知，该反应的，要使，必须满足，C正确；D．恒温恒压下，且的反应，，反应一定可以自发进行，D错误；选C。【练2】（2021·浙江高二期末）以下判断正确的是A．C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H＞0，该反应常温下不能自发B．2Mg(s)+O2(g)=2MgO(s)△H＜0，该反应高温才能自发C．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小D．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行【答案】A【详解】A．在高温下△G=△H-T△S＜0反应能进行，△H＞0，该反应常温下不能自发，故A正确；B．△G=△H-T△S＜0反应能进行，由于△H＜0，则该反应在常温就能自发进行，故B错误；C．自发进行的反应熵值不一定增大，化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，非自发反应的熵不一定减小，故C错误；D．不能根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也可能是自发进行，如碳酸氢铵的分解，故D错误；故选A。【练3】（2020·昭通市昭阳区第一中学高二月考）对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是A．非自发过程在一定条件下可能变成自发过程B．若△H>0，△S＜0，任何温度下都不能自发进行C．若△H＜0，△S>0，任何温度下都能自发进行D．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程【答案】D【详解】A．非自发过程在一定条件下可能变成自发过程,如铜和稀硫酸在电解条件下可发生，故A正确；B．若△H>0，△S＜0，则△H-T△S>0任何温度下都不能自发进行，故B正确；C．若△H＜0，△S>0，则△H-T△S<0任何温度下都能自发进行,故C正确；D．需要加热才能够进行的过程可能是自发过程，如碳酸钙高温分解，故D错误；故答案为：D【练4】（2020·江苏省东台中学高二期中）下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是A．1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)]B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0C．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g)ΔH>0能否自发进行与温度无关【答案】B【详解】A．物质聚集状态不同熵值不同，气体S>液体S>固体S，1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]<S[SO3(1)]<S[SO3(g)]，故A错误；B．反应的自发性由焓变和熵变共同决定，该反应为，常温不能自发，说明高温时，说明则该反应的ΔH>0，故B正确；C．反应的自发性由焓变和熵变共同决定，当时反应能自发进行，时反应不能自发进行，焓变小于零的反应，，若，高温下可以，反应不能自发进行，熵变大于零的反应，，若，高温下可以时反应可自发进行，故C错误；D．、，由的反应可自发进行，可知能否自发进行与温度有关，故D错误；故答案为B。【练5】（2021·浙江高二月考）下列关于判断过程的方向的说法正确的是A．所有自发进行的化学反应都是放热反应B．自发反应在任何条件下都能发生C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程D．同一物质的固，液、气三种状态的熵值相同【答案】C【详解】A．反应能否自发进行取决于焓变和熵变的复合判据，对于吸热反应，在一定温度下也能进行，故A错误；B．反应是否自发进行，由熵变、焓变、温度共同决定，故B错误；C．△G=△H-T•△S＜0时，反应能自发进行，适合于所有的过程，所以由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程，故C正确；D．熵值表示混乱度的大小，混乱度越大，熵值越大，同一物质的固态、液态、气态混乱度依次增大，