2.2.1化学反应的方向（原卷版）

专题2化学反应速率与化学平衡第二单元化学反应的方向和限度第1课时化学反应的方向1．知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2．能结合实验现象认识自发反应的概念。3．能综合考虑反应的焓变和熵变，据此判断简单反应的方向。重点：化学反应方向的判断。难点：用焓变和熵变综合判断化学反应的方向。一、自发过程和自发反应1．自发过程(1)定义：在一定条件下，不用借助于外力就可以自发进行的过程。(2)判断下列反应在室温下能否自动进行，如能自动进行，请写出相应的化学方程式。①水分解成氢气和氧气的反应：___________________________。②氯气与溴化钾溶液的反应：___________________________。③乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应：___________________________。④氮气和氧气生成一氧化氮的反应：___________________________。(3)生活中的自发过程①花香四溢；②酒香扩散(酒香不怕巷子深)；③食盐在水中溶解；④石头在水中会自动沉底；⑤墨汁在水中扩散等。2．自发反应(1)概念：在一定条件下能_________的反应，我们称之为自发反应。一定条件指温度、光照、催化剂、压强等条件。(2)特点：具有_________，即许多化学反应的_________能自动进行，而其逆反应_______自动进行。【名师点拨】(1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。(2)非自发反应在一定条件下也能发生。(3)判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢无关。二、化学反应进行方向的判据1．反应焓变与反应方向(1)下列反应在一定条件下都能自发进行，可能的原因是：__________________。①C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－2217.5kJ·mol－1②2Na(s)＋Cl2(g)=2NaCl(s)ΔH＝－822kJ·mol－1③4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)ΔH＝－1648.4kJ·mol－1④H2(g)＋F2(g)=2HF(g)ΔH＝－546.6kJ·mol－1(2)实验探究自发反应的可能原因①实验操作：向干燥的锥形瓶中加入约20gNH4Cl晶体。在一小木板上洒少量水，将锥形瓶放在木板上。再向其中加入约40g氢氧化钡晶体［Ba(OH)2·8H2O］，用玻璃棒将固体充分混合均匀，静置。片刻后拿起锥形瓶，观察实验现象。②实验现象：___________________________。③实验结论：___________________________。(3)焓变与化学反应的方向多数自发进行的化学反应是_________反应，但也有很多_________反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。2．反应熵变与反应方向(1)下列三个过程均吸热：①硝酸铵的溶解：NH4NO3(s)=NHeq\o\al(＋,4)(aq)＋NOeq\o\al(－,3)(aq)②碳酸钙的分解：CaCO3(s)eq\o(=,\s\up7(高温))CaO(s)＋CO2(g)③氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应：2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)＋BaCl2(s)＋10H2O(l)这些反应能自发进行的可能原因：__________________。(2)熵①熵是__________________的物理量。符号：______。②特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就_________。③影响因素a．同一物质：S(高温)_______S(低温)；S(g)_____S(l)_____S(s)。b．相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值_________。c．S(混合物)______S(纯净物)。(3)熵变①定义：反应前后体系熵值的_________，符号：_________。②熵增或熵减的判断a．物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS_____0，是熵_______的过程。b．气态物质物质的量增大的反应，通常ΔS_____0，是熵_______的反应。c．气态物质物质的量减小的反应，通常ΔS_____0，是熵_______的反应。(4)熵变与化学反应的方向反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。3．焓变、熵变对反应方向的共同影响(1)分析下列几种变化的方向性变化能否自发焓变(ΔH)熵变(ΔS)CO2(s)→CO2(g)能2Mg(s)＋O2(g)=2MgO(s)能K(s)＋H2O(l)=K＋(aq)＋OH－(aq)＋eq\f(1,2)H2(g)能Ag＋(aq)＋Cl－(aq)=AgCl(s)能(2)仅利用ΔH或ΔS的数值，都不能判断某反应是否自发，必须综合考虑反应的焓变(ΔH)和熵变(ΔS)的大小。①当ΔH＜0，ΔS＞0时，反应_________自发进行。②当ΔH＞0，ΔS＜0时，反应_________自发进行。③当ΔH＞0、ΔS＞0或ΔH＜0、ΔS＜0时，反应是否能自发进行与反应的_________有关(3)化学反应的自发性的判断依据在恒温、恒压，非体积功为0的情况下，综合考虑焓变和熵变，可以判断反应能否自发进行。焓变ΔH熵变ΔSΔHTΔS的值反应能否自发进行<0>0<0>0<0>0<0<0低温时<0>0>0高温时<01．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程()(2)自发过程不需任何条件就能发生()(3)室温下冰变成水属于自发过程()(4)能自发进行的反应，反应速率一定很大()(5)放热反应一定能自发进行()(6)O2转化变为O3时，熵减小()(7)熵增的反应一定能自发进行()(8)合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，高温有利于其自发进行()(9)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合所有的过程()2．向锥形瓶中加入约20gNH4Cl晶体，在一小木块上洒少量水，将锥形瓶放在木头上，再向其中加入约40gBa(OH)2·8H2O。用玻璃棒将固体充分混合均匀，静置。回答下列各问题：(1)拿起木块时发现___________________，证明该反应的ΔH__________0(填“>”或“<”)。(2)写出反应的化学方程式：_______________________________________。该反应中有_______生成，可证明ΔS________0(填“>”或“<”)。(3)下列变化过程与该实验中的焓变和熵变符号相同的是__________。A．NH4NO3溶于水 B．CaCO3的分解反应C．NaOH溶于水 D．甲烷的燃烧3．已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。(1)已知2CO(g)CO2(g)＋C(s)，T＝980K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980K时，估计ΔH－TΔS_____(填“大于”“小于”或“等于”，下同)0；当体系温度高于980K时，估计ΔH－TΔS______0。K)＝－94.0kJ·mol－1、ΔS(298.15K)＝－75.8J·mol－1·K－1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是________。►问题一自发过程和自发反应【典例1】下列关于自发反应的叙述正确的是()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【变式11】下列过程是非自发的是()A．水由高处向低处流B．室温下水结成冰C．气体从高密度处向低密度处扩散D．煤气的燃烧【变式12】过程自发性的作用是()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►问题二化学反应方向的判断【典例2】下列判断正确的是()A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0B．反应4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应C．反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0D．2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0【解题必备】(1)复合判据体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向。判断反应的自发性必须综合考虑反应的焓变和熵变。①ΔHTΔS<0反应能自发进行②ΔHTΔS=0反应达到平衡状态③ΔHTΔS>0反应不能自发进行(2)对反应自发性的理解①ΔHTΔS只能应用于温度、压强一定的条件下的化学反应，不能用于其他条件。②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。③在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰的体系。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。如高温下石灰石分解，高温高压下石墨转化为金刚石，实现的先决条件是要向体系中输入能量，该过程本质仍然是非直发的。④反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分解是非自发的，但在1273K时，这一反应是自发的。【变式21】下列对熵的理解错误的是()A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小D．25℃、1.01×105Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)是熵增反应【变式22】下列说法不正确的是()A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行B．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应C.碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)是一个熵减小的反应1．下列关于自发过程的叙述正确的是()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2．下列说法不正确的是()A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行B．某吸热反应能自发进行，则该反应是熵增反应C．碳酸铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)是一个熵减反应3．下列叙述不正确的是()A．混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行B．在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS＜0的方向进行C．碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行4．下列内容与原因或结论不对应的是()选项内容原因或结论AH2O(g)变成H2O(l)该过程ΔS>0B硝酸铵溶于水可自发进行因为ΔS>0C一个反应的ΔH>0、ΔS<0该反应不能自发进行DH2(g)＋F2(g)2HF(g)的ΔH＝－271kJ·mol－1、ΔS＝8J·mol－1·K－1该反应在任何温度下均可自发进行5．实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。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·mol－1)的变化。下列关于该反应的说法正确的是()A．ΔH＞0，ΔS＞0 B．ΔH＞0，ΔS＜0C．ΔH＜0，ΔS＜0 D．ΔH＜0，ΔS＞06．研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是()A．ΔH<0、ΔS>0的反应在低温时不能自发进行B．在其他外界条件不变的情况下，汽车排气管中使用催化剂，可以改变产生尾气的反应的方向C．反应CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0D．高温下，反应MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)能自发进行，则其ΔH>0、ΔS>07．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0℃、100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知：在0℃、J·mol－1·K－1)()A．会变成灰锡B．不会变成灰锡C．不能确定D．升高温度才会变成灰锡8.回答下列问题：(1)催化剂在一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH______(填“>”或“<”，下同)0，ΔS______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CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0。①常温下，该反应________(填“能”或“不能”，下同)自发进行。②据本题反应数据分析，温度________成为反应进行方向的决定因素。(3)已知CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH＝218kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是________。(4)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。1．反应：CH3OH(l)＋NH3(g)=CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下才能自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17kJ·mol－1，该温度下|ΔH－TΔS|＝17kJ·mol－1，则下列选项正确的是()A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<02．汽车尾气(含