考点04 化学反应的方向-2022-2023学年上海市高二化学同步考点归纳与测试（沪科版2020选择性必修1）（原卷版）

考点04化学反应的方向【核心考点梳理】判定一个化学反应在指定条件下能否发生或在什么条件下可能发生，这就是化学反应的方向问题。如果能从理论上找到一个化学反应发生方向的判据，人们就可以更科学地设计化学反应路线，避免盲目实验所造成的浪费，这对科学研究和生产实践都具有十分重要的意义。那么化学反应的方向与哪些因素有关呢？该如何判断？化学反应的方向自发反应室温下冰块会逐渐融化，高处的物体会自然下落，这些都证明自然界中发生的变化具有一定的方向性，化学反应也具有方向性。例如，氢氧化钠与硫酸能反应生成硫酸钠和水，而硫酸钠和水不会自发地生成氢氧化钠和硫酸。暴露在潮湿空气中的铁会生锈，但在相同条件下铁锈却不能自发地变成铁。在给定条件下，能“自己”进行的化学反应称为自发反应。 二.化学反应的方向与焓变1.化学反应的方向与焓变自然界中许多自发进行的物理变化过程中均有着能量的变化，都是朝着系统能量降低的方向发生的。吸热反应与放热反应化学反应中同样也伴随着能量的变化。科学家曾分析了大量化学反应及其焓变后，认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应的焓变，即放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。例如，下列反应都是放热反应，在一定条件下，均能自发进行：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔH=—572kJ·mol—1ΔH=—822kJ·mol—1ΔH=—464kJ·mol—12.自发反应与熵同时研究发现，有不少吸热过程或吸热反应也是自发过程。例如，硝酸铵溶于水是吸热的，但常温下能自发进行；碳酸钙分解是吸热反应，在常温条件下不能自发进行，但在高温下能自发进行。CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH(1200K)=179kJ·mol—1显然，反应的焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一的因素。（1）高于621K：NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)（2）高于324K：N2O4(g)=2NO2(g)（3）常温下：Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)以上三个反应除了都是吸热反应，它们还有一个共同特点，那就是反应后气态生成物的分子数增加了。因为气态分子能在更大的空间范围运动，所以上述化学反应导致了系统内分子运动的混乱程度增大了。例如一副扑克牌，未开封时此时扑克牌的混乱程度最低，当打开打撒之后混乱程度大大增加，而对于化学反应而言，3.熵增与熵减对于一个由大量粒子组成的系统，科学家运用熵这个物理量来描述系统的混乱或无序程度，用符号S表示。熵值越大，系统混乱程度越大。系统的状态发生变化，熵值也随之变化，变化前后熵的差值称为熵变，用ΔS表示，单位是J·K—1·mol—1。化学反应也存在着熵变，反应过程的ΔS等于生成物的熵与反应物熵的差值。ΔS>0为熵增反应，ΔS<0为熵减反应，如水的分解就是熵增反应。2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)ΔS=57J·K—1·mol—1熵增加有利于反应的自发进行。许多熵增反应在常温.常压下可以自发进行，有些反应则要在高温下才可以自发进行，如碳酸钙的分解反应。CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔS=160J·K—1·mol—1是不是只有熵增的反应才能自发进行呢？事实上有些熵减的反应在一定条件下也可以自发进行。例如：由此可见，熵变是反应能否自发进行的又一个因素，但与焓变一样，也不能作为化学反应方向的独立判据。4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔS=—278J·K—1·mol—1

Fe2O3(s)+2Al(s)=2Fe(s)+Al2O3(s)ΔS=—38J·K—1·mol—1三.焓变与熵变对反应方向的共同影响在温度和压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果。科学家经研究后指出，在温度和压强一定的条件下，可以将两个因素以能量的形式组合在一起，当非体积功为零时，可以用ΔH—TΔS来判断化学反应自发进行的方向。即：ΔH—TΔS<0ΔH—TΔS=0ΔH—TΔS>0反应能自发进行反应达到平衡状态反应不能自发进行如果反应的焓变小于零，反应的熵变大于零，那么在任何温度下ΔH—TΔS都小于零，因此反应能自发进行。如果反应的焓变大于零，反应的熵变小于零，那么在任何温度下ΔH—TΔS都大于零，所以反应不能自发进行。当焓变和熵变的影响相反时，如吸热和熵增的反应或放热和熵减的反应，化学反应自发进行的方向，则与给定的温度条件有关。例如，反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)的ΔH=183kJ·mol—1.ΔS=25J·K—1·mol—1，在通常情况下空气中N2和O2是不能自发地化合生成NO的。但汽车在行驶时，汽油在发动机内燃烧产生高温，当TΔS>ΔH时，吸入的空气中的N2和O2就能自发地化合生成NO，产生氮氧化物尾气，污染空气。四.例题引导合成氨反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH=—92kJ·mol—1；ΔS=—198J·K—1·mol—1该反应的焓变和熵变随温度变化很小，可视为常数。问题：（1）判断反应在室温下能否自发进行？（2）室温下推动该反应自发进行的主要因素是熵变还是焓变？分析：（1）根据ΔH—TΔS=—92kJ·mol—1+198×10—3kJ·K—1·mol—1×298K=—33kJ·mol—1<0，所以该反应在室温下能自发进行。（2）合成氨反应是一个放热和熵减的反应，所以室温下推动该反应自发进行的主要因素是反应的焓变。【核心归纳】熵和熵变的一些规律1.同种物质的S(g)>S(l)>S(s)；同类物质的摩尔质量越大，熵越大，如甲烷的熵小于乙烷。2.对于有气体参加的反应，若反应后气体分子数增加，该反应的ΔS>0；若反应后气体分子数减少，该反应的ΔS<0；若反应前后气体分子数不变，该反应的ΔS变化很小。【必备知识基础练】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.高温高压下可以使石墨转化为金刚石是自发的化学反应

C.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

D.同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同下列说法不正确的是(

)A.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素

B.冰融化的过程中，熵值增加

C.铁生锈和氢燃烧均为自发放热过程

D.可以通过改变温度或加催化剂的办法使非自发反应转变为自发反应下列说法不正确的是(

)A.恒温恒压下，△H<0且△S>0的反应一定不能自发进行

B.1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]<S[H2O(g)]

C.下列反应在任意温度下一定能自发进行的是(

)A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ΔH>0

已知反应2CO(g)=2C(s)+O2(g)的△H>0，△S<0，下列正确的是(

)A.低温下能自发进行 B.高温下能自发进行

C.任何温度下都不能自发进行 D.任何温度下都能自发进行【关键能力提升练】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是(

)A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ΔH>0

闪电时空气中的N2和O2会发生反应：N2(g)+O2(g)⇌A.在1000℃时，此反应能自发进行

B.在1 000℃时，此反应不能自发进行

C.该反应能自发进行的最低温度约为729℃

D.该反应能自发进行的最高温度约为729 K下列关于判断过程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.高温高压条件下，石墨转化为金刚石是自发的化学反应

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下列关于焓判据和熵判据说法中，不正确的是(

)A.放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程

B.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)

ΔH=−444.3 kJ·mol−1

在恒压密闭容器中，充入一定量的H2和CO2发生如下可逆反应：

CO2(1)该反应的ΔS__________0(填“>”或“<”)，该反应在_________(填“低温”或“高温”)条件下有利于自发进行。(2)比较T1与T2的大小关系：T1_________T2(填“<”“=”或“>(3)在T1和p6的条件下，向密闭容器中充入3 mol H2和1 mol CO2，该反应在第5 min时达到平衡，此时容器的体积为1.8 L，则该反应在此温度下的平衡常数为___________；若温度不变，压强恒定在

【学科素养拔高练】下列有关说法正确的是(

)A.体系有自发的从无序转化为有序的倾向

B.焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据

C.若用ΔH作判据所得到的结论与用复合判据ΔH−TΔS是一致的，在这种条件下可以用ΔH作为判据

D.放热(△H<0)或熵增(△S>0)的过程一定是自发的下列在常温下能自发进行的反应，既能用焓判据解释又能用熵判据解释的是(

)A.HCl+NH3=

NH4Cl

B.2N一定温度下，HF分子容易双聚或多聚：nHF(g)⇌(HF)n(g)△H<0.欲测定HF的相对分子质量，最适合的条件是A.低温高压 B.高温低压 C.低温低压 D.高温高压下列有关说法不正确的是A.其他条件一定时，平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动

B.某特定反应的平衡常数仅是温度的函数

C.通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能非自发进行

D.需要加热或点燃才能进行的反应不一定是非自发反应课本里介绍的合成氨技术叫哈伯法，是德国诺贝尔化学奖获得者哈伯发明的。其合成原理为：N2(g) + 3H2(g)⇌2N

(1)下列关于工业合成氨的说法不正确的是_______

A.因为△H<0，所以该反应一定能自发进行

B.因为△S<0，所以该反应一定不能自发进行

C.在高温下进行是为了提高反应物的转化率

D.使用催化剂加快反应速率是因为催化剂降低了反应的△H

(2)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是_______

a.容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1

c.容器内压强保持不变

d.混合气体的密度保持不变

(3)某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对工业合成氨反应的影响。实验结果如图所示(图中T表示温度，n表示H2物质的量)

①图象中T2和T1的关系是：T2__________T1(填“>，

②a、b、c、d四点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是______(填字母)

(4)恒温下，往一个4L的密闭容器中充入5.2mol H2和2mol N时间/min51015202530c(N0.080.140.180.200.200.20

①此条件下该反应的化学平衡常数K=___________。

②若维持容器体积不变，温度不变，往原平衡体系中加入H2、N2和NH3各4mol，化学平衡将向_______反应方向移动工业炼铁过程中涉及到的主要反应有：ⅰ.C(s)+O2(g)=CO2(g)ⅲ.Feⅳ.2Fe(1)反应ⅳ自发进行的条件是__________(填“高温”或“低温”)。(2)ΔH3=(3)T1时，向10L恒容密闭容器中加入3mol Fe2O3和3mol CO发生反应ⅲ，①0∼5min内用CO2表示的平均反应速率为__________②该温度下反应的平衡常数为____________________。③若将平衡后的混合气体通入1L 3.6 mol/L的NaO