1、第三节第三节化学反应的方向化学反应的方向 【课程标准要求】 1.了解自发过程和化学反应的自发性。 2.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。 一、自发过程和自发反应 1.自发过程 (1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自动进行的过程。例如：高山流水、 自由落体。 (2)特点： 体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。 在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 (3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。 2.自发反应 (1)含义： 在给定的条件下， 可以自发进行到显著程度的化学反应， 称为自
2、发反应。 例如：钢铁生锈。 (2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 3.应用 (1)可被用来做“有用功”。例如 H2的燃烧可设计成燃料电池； (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为 H2和 O2。 【微自测】 1.下列过程属于非自发过程的是() A.水由高处向低处流 B.天然气的燃烧 C.铁在潮湿空气中生锈 D.室温下水结成冰 答案D 解析自然界中水由高处向低处流、天然气的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温 下冰的融化都属于自发过程，其逆过程在相同条件下都是非自发的。 二、化学反应方向的判断 1.焓变与反应方向 (1)能自发进行的化学反应多数是H0 的
3、反应。 (2)有些H0 的反应也能自发进行。 例如：2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJ/mol 能自发进行。 (3)反应的焓变是反应能否自发进行的一个影响因素，但不是唯一因素。 2.熵变与反应方向 (1)混乱度与自发过程 H2和 Cl2的扩散实验 a.实验操作及现象：如右图所示，两个集气瓶中分别盛有 H2和 Cl2，开始时中间 用玻璃片隔开，当抽掉玻璃片后，可观察到盛放 Cl2的瓶内气体颜色逐渐变浅， 而盛放 H2的瓶内显现出了浅黄绿色，最后两瓶中的颜色相同。 b.原因解释：不需要外界的任何作用，气体通过分子的扩散自发地混合均匀，体 系的混乱度增加。 硝酸铵溶于水 溶解
4、前溶解后 结论：上述过程均是自发地从混乱度小(有序)向混乱度大(无序)的方向进行。 (2)熵 概念：用来度量体系混乱程度的物理量，符号为 S，单位为 Jmol 1K1。 特点：体系无序程度越大，熵值就越大。 大小比较： 同一物质不同状态：S(g)S(l)S(s)， S(混合物)S(纯净物)。 (3)熵变(S) 熵变：SS(生成物)S(反应物) 熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程会导致的熵增大，即S0。 物质由固体液态气态是一个熵增加的过程；气体体积增大的反应是熵增加的 反应(S0)，气体体积减少的反应是熵减少的反应(S0)。 (4)反应熵变与反应方向的关系 大多数熵增(S0)的反应能自发
5、进行，如：Zn(s)H2SO4(aq)=ZnSO4(aq) H2(g)能自发进行 少 数 熵 减 (S 0) 的 反 应 也 能 自 发 进 行 ， 如 4Fe(OH)2(s) O2(g) 2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)能自发进行。 结论：熵变是反应能否自发进行的一个影响因素，但不是唯一因素。 【微自测】 2.判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)H0 的反应一定能自发进行() (2)S0 的反应一定不能自发进行() (3)常温下，2Al(s)6HCl(aq)=2AlCl3(aq)3H2(g)能自发进行() (4)同种物质气态时熵值最大() (5)2NO(g)2CO(
6、g)=N2(g)2CO2(g)是熵减(S0)的反应，因此不能自发进行 () 三、化学反应方向的综合判断依据 在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变 有关。研究表明，在恒温、恒压下，判断化学反应自发性的判据是体系自由能变 化(G、单位：kJ/mol)：GHTS(注意：T 的单位是“K”，不是“”)。 (1)G0，反应不能自发进行。 【微自测】 3.对于化学反应能否自发进行，下列说法错误的是() A.若H0，则任何温度下反应都能自发进行 B.若H0，S0，S0，则低温时反应可自发进行 D.若H0，S0，则低温时反应可自发进行 答案C 解析若H0，则HTS0，S0，任
7、何温度下反应都不能自发进行，B 项正 确；若H0，S0，则高温时，HTS0，即高温时反应可自发进行，C 项 错误：若H0，S0，则低温时，HTS0，即低温时反应可自发进行，D 项正确。 化学反应方向的判断依据化学反应方向的判断依据 【核心归纳】 1.化学反应方向的判断 (1)焓变(H)和熵变(S)都与反应自发性有关， 但都不能独立地作为反应能否自发 进行的判断依据。要判断反应的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。 (2)体系的自由能变化(G，kJ/mol)不仅与H、S 有关，还与温度有关，其表达 式为GHTS。 2.温度对化学反应方向的影响 当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应
8、的方向起决定性的作 用，温度与反应方向的关系如图所示： 【实践应用】 1.下列说法正确的是() A.同一物质的固、液、气三种状态的熵递减 B.常温下反应 2Na2SO3(s)O2(g)=2Na2SO4(s)能自发进行，则H0，S0，无论在何种条件下都不可能 自发进行 D.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变和熵变均可以单独作为判断 反应能否自发进行的依据 答案B 解析同一物质的固、液、气三种状态的熵递增，A 错误；该反应的S0，由H TS0 反应可自发进行可知，H0，B 正确；反应若能自发进行，应满足H TS0，S0，则在高温下该反应可自发进行，C 错误；焓变和熵变均 不能单独作为判断
9、反应能否自发进行的依据，D 错误。 2.下列反应在任何温度下均能自发进行的是() A.N2H4(l)1 2N 2O4(l)=3 2N 2(g)2H2O(l)H546.45 kJ/mol B.Mg2Ni(s)2H2(g)=Mg2NiH4(s)H64.4 kJ/mol C.CH4(g)H2O(g)CO(g)3H2(g)H206.4 kJ/mol D.2N2(g)O2(g)=2N2O(g)H163 kJ/mol 答案A 解析当HTS0 B.纯碳和氧气反应生成 CO(g)，S0 C.H2O(g)变成 H2O(l)，S0 D.CaCO3(s)加热分解为 CaO 和 CO2(g)，S0 答案C 解析A.食
10、盐溶解过程是氯化钠形成自由移动的两种离子的过程， 是熵增的过程， S0，A 正确；B.碳和氧气反应生成一氧化碳，2CO2=2CO，是熵增的过程， S0，B 正确；C.气态水变化为液态水是熵减的过程，S0，C 错误；D.碳酸 钙分解生成氧化钙和二氧化碳，是熵增的过程，S0，D 正确。 2.如图甲中的两个集气瓶中分别盛有 H2、Cl2，当抽出两集气瓶之间的玻璃片一段 时间后，如图乙所示，可以观察到两个集气瓶中的颜色相同。下列判断正确的是 () A.甲中两个集气瓶中气体的混乱度比乙中的大 B.两个集气瓶中的气体扩散后变为有序排列 C.反应 H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)可自发进行 D.反应
11、H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)属于熵增反应 答案C 解析气体扩散过程中，混乱度增大，此过程自发地从有序向无序进行，A、B 项错误；反应 H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)可自发进行，其反应前后气体的分子数不 变，不属于熵增反应，C 项正确，D 项错误。 3.下列说法正确的是() A.2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的H0 B.反应 NH3(g)HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的H0 C.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的H0 D.常温下，反应 C(s)CO2(g)=2CO
12、(g)不能自发进行，则该反应的H0 答案B 解析A 项，该反应能自发进行，则HTS0，即HTS，而S0，则H0， A 项不正确；B 项，该反应自发进行，则HTS0，即H0、 S0，则H0， 即HTS，又知 T0、S0，则H0，C 项不正确；D 项，该反应不能自发进 行，则HTS0，即HTS，又知 T0、S0，则H0，D 项不正确。 4.回答下列问题： (1)汽车燃油不完全燃烧时产生 CO， 有人设想按下列反应除去 CO： 2CO(g)=2C(s) O2(g) 。 已 知 该 反 应 的 H0 ， 简 述 该 设 想 能 否 实 现 的 依 据 ： _ _。 (2)下列反应中，在高温下不能自发进
13、行的是_(填字母)。 a.CO(g)=C(s)1 2O 2(g) b.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) c.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) d.MgCO3(s)=MgO(s)CO2(g) 答案(1)该反应的H0、S0、S0，故不能实现该反应。 (2)a、b、c、d 的H0，b、c、d 反应的S0，HTS0 时，反应才能自发进 行。a 项S0，所以在高温时该反应不能自发进行。 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1.下列说法正确的是() A.非自发反应在外加条件下可能实现 B.吸热反应都不能自发进行 C.熵增加的反应都是自发反应 D.分子之间的碰撞一定
14、能发生化学反应 答案A 解析某些在常温下不能自发进行的反应，升高温度时能自发进行，A 项正确； 吸热反应的H0，若S0，则适当升高温度可以使反应自发进行，B 项错误； S0，若H0，则反应不一定能自发进行，C 项错误；只有活化分子之间的有 效碰撞才能发生化学反应，D 项错误。 2.关于反应 3O2(g)=2O3(g)，反应过程中能量的变化如图所示，下列有关该反应 的H、S 的说法中正确的是() A.H0S0B.H0S0 C.H0 S0D.H0S0 答案B 解析该反应的反应物能量比生成物能量低，为吸热反应，H0，该反应是熵 减的反应，S0，选 B。 3.下列关于化学反应的自发性和进行方向的说法正
15、确的是() A.非自发反应在任何条件下都不能发生 B.一定温度下，反应 Mg(l)Cl2(g)=MgCl2(l)的H0，S0 C.由GHTS 可知，所有放热反应都能自发进行 D.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 答案B 解析A.非自发反应在一定条件下也可发生，故 A 错误；B.该反应为放热反应， 且反应过程中气体分子数减小，因此H0，S0，故 B 正确：C.所有放热且熵 增加的反应都能自发进行，放热且熵减小的反应在高温下不能自发进行，故 C 错 误；D.自发过程并不是不需要条件，故 D 错误。 4.在图中 A、B 两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活 塞打开
16、，如图，两种气体分子立即都占有了两个容器。这是一个不伴随能量变 化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是() A.此过程是从混乱程度小的状态向混乱程度大的状态变化过程，即熵增大的过程 B.此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出 C.此过程是自发可逆的 D.此过程从有序到无序，混乱度增大 答案C 解析气体扩散过程是熵增加的过程，A、D 正确；该过程不伴随能量变化，B 正确；两种气体混合后，不会再自发地分开，所以逆过程不能自发进行，C 不正 确。 5.已知“凡气体分子总数增加的反应都是熵增大的反应”。下列反应中，在任何 温度下都不自发进行的是() A.2O3(g)=3O2(g)H0 B.2
17、CO(g)=2C(s)O2(g)H0 C.N2(g)3H2(g)=2NH3(g)H0 D.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H0 答案B 解析A.该反应的Hp2，则该反应的正反应为_(填“放热”或“吸热”) 反应，且为气体分子数_(填“减小”或“增大”)的反应；若此反应能自 发进行， 则必须满足的条件是_。 (2) 在 反 应 中 ， T1_( 填 “”“” 或 “ ”)T2， 该反 应 的正 反 应为 _(填“放热”或“吸热”)反应。 答案(1)放热减小低温(2)放热 解析(1)反应中，恒压下温度升高，(A)减小，即升高温度平衡逆向移动，则 该反应的正反应为放热反应，Hp2知，恒温时压强增大(A)增大，说 明此反应为气体分子数减小的反应，即为熵减反应，ST1， 温度越高，平衡时 C 的物质的量越小，即升高温度平衡逆向移动，则该反应的正 反应为放热反应。
