1、 第第 1 节节 化学反应的方向化学反应的方向 学业要求 素养对接 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。 模型认知：能从焓变和熵变的角度认识 反应的方向。 知 识 梳 理 知识点一、反应焓变与反应方向 1.自发过程 (1)含义：在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外力就能自动进行的过 程。 (2)特点： 体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。 在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。 (3)自然界中的自发过程： 自然界中的水由高处往低处流。 日常生活中，气温升高，冰雪自动融化。 铁器暴露于潮湿的空气中会生锈。 2.反应焓变
2、与反应方向的关系 (1)能自发进行的化学反应多数是 H0 的反应也能自发进行。 结论： 反应焓变与反应能否自发进行有关，但不是决定反应能否自发进行的唯一 因素。 知识点二、反应熵变与反应方向 1.熵 (1)概念：衡量体系混乱度的物理量，其符号为 S，单位为 J _mol 1 K1。 (2)特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。 (3)影响因素 同一物质：S(高温)S(低温)；S(g)S(l)S(s)。 相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。 S(混合物)S(纯净物)。 2.反应熵变 (1)概念：反应产物总熵与反应物总熵之差。 (2)计算式：SS(反应产物)S(反应物)。 (
3、3)正负判断依据 物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，S0，是熵增加 的过程。 气体体积增大的反应，熵变通常都是 S0，是熵增加的反应。 气体体积减小的反应，熵变通常都是 S0，是熵减小的反应。 3.熵变与反应方向 (1)熵增加有利于反应的自发进行。 (2)某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。 结论：反应熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。 知识点三、焓变与熵变对反应方向的共同影响 1.反应方向的判据 (1)HTS0 反应不能自发进行。 2.文字表述 在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向 HTS0() 2.下列关于焓变和熵变的说法正确的是( ) A
4、.化学反应的焓变与反应的方向有关，化学反应的熵变与反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了化学反应的方向， 化学反应的熵变不能决定化学反 应的方向 C.焓变为负的反应都能自发进行，熵变为正的反应也都能自发进行 D.化学反应的焓变和熵变都不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素 解析 一个反应的 HTS0”或“0 (2)0 (3)0 (4)0 学习任务一、化学反应进行方向的判断方法 【交流思考】 自然界中的水总是从高处流向低处；室温下，冰块会自动融化，这些都是自发的 过程， 那么，对于一个化学反应能不能自发进行呢？用什么来判断一个化学反应 能否自发进行？ 提示 略 【名师点拨】 1.利用化学反
5、应原理判断的几种方法 (1)相对强酸(碱)生成相对弱酸(碱)。 (2)氧化性强还原性强的物质反应向氧化性弱还原性弱的物质的转化。 (3)不稳定性物质向稳定性物质的转化。 (4)符合复分解反应条件下的溶液中的反应。 2.用焓变和熵变判断反应的方向 判断一定温度、压强条件下反应的方向时，应同时考虑焓变与熵变两个因素，用 HTS 作为判据。在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向 HTS0，表明反应不能自发进行。 【典例 1】 下列反应在任意温度下一定能自发进行的是_(填序 号)。 2NaCl= 通电 2NaCl2 2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g) H78.03 kJ mol 1 Ca
6、CO3(s)=CaO(s)CO2(g) H178.2 kJ mol 1 4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s) H444.3 kJ mol 1 CO(g)=C(s，石墨)1 2O2(g) H110.5 kJ mol 1 解析 反应需要通电才能进行，故该反应为非自发反应；H0，任 意温度下都有 HTS0， S0， 在高温下(TH S)时， HTS0， 反应能自发进行， T H S时反应不能自发进行； H0，S0，在低温下(TH S)时，HTS0， S0，该反应任意温度下都不能自发反应。 答案 变式训练 1 下列说法中正确的是( ) A.能自发进行的反应一定能迅速发
7、生反应 B.非自发进行的反应一定不可能发生反应 C.能自发进行的反应实际可能没有发生反应 D.常温下，2H2O= 电解 2H2O2，即常温下水的分解反应是自发反应 解析 HTS 这个判据指的是在温度、压强一定的条件下，化学反应自动发 生的趋势，即反应发生的可能性，它并不能说明在该条件下一个可能自发进行的 化学反应能否实际发生，因为化学反应能否实际发生还涉及到反应速率问题，所 以 A 不正确；非自发不含有“不可能”之意。例如，水的分解在常温常压下是 非自发的， 但在通直流电条件下， 电解生成氢气和氧气， 只不过消耗了其他能量， 所以选项 B 不正确；水在常温常压下通电才发生分解，即借助于外力才能
8、使它 发生，所以是非自发反应，所以 D 不正确。 答案 C 学习任务二、化学反应的方向与 HTS 的关系 【合作交流】 合成氨反应是一个可逆反应： N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.2 kJ mol 1，S198.2 J mol1 K1。 (1)请你根据正反应的焓变分析 298 K 下合成氨反应能否自发进行？ (2)请你根据正反应的熵变分析 298 K 下合成氨反应能否自发进行？ (3)请你根据正反应的焓变和熵变分析 298 K 下合成氨反应能否自发进行？ 提示 (1)能。正反应为放热反应，由高能状态到低能状态，可自发进行。 (2)不能。正反应为气体体积减小的反应，S0，混乱度减小
9、，不能自发。 (3)能。GHTS92.2 kJ mol 1298 K(198.2)103 kJ mol1，K1 33.136 4 kJ mol 10，反应在 298 K 时可以自发向正反应方向进行。 【名师点拨】 1.若 H0，即放热的熵增加的反应，所有温度下，反应一定能自发进行。 2.若 H0、S0，即吸热的熵减小的反应，所有温度下，反应一定不能自发进 行。 3.若 H0、S0、S0，即吸热和熵增加的反应，高温下反应能自发进行。 【关键提醒】 1.当焓变和熵变的作用相反且二者大小相差悬殊时，其中的某一因素占主导地 位。 2.当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大时，温度对反应方向起决定作用。
10、例如：有些反应常温下不能自发进行，在高温下能自发进行；有些反应高温下不 能自发进行，在低温下能自发进行。 【典例 2】 已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应： CH4(g)=C(s)2H2(g)，2CH4(g)=C2H2(g)3H2(g)。某同学为了得到用天然 气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，在图书馆查到了如下热力学数据： 的 H(298 K)74.848 kJ mol 1，S(298 K)80.674 J mol1 K1 的 H(298 K)376.426 kJ mol 1，S(298 K)220.211 J mol1 K1 已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑
11、如下问题： (1)判断反应高温自发还是低温自发：_(填“高温”或“低温”)。 (2) 通 过 计 算 判 断 反 应 在 常 温 下 能 否 自 发 进 行 _。 (3)求算制取炭黑的允许温度范围 _。 (4)为了提高甲烷的碳化程度，你认为下面四个温度中最合适的是_(填字 母编号)。 A.905.2 K B.927 K C.1 273 K D.2 000 K 解析 (1) 反应的 HTS0，S0， 所以该反应自发进行所需要的温度条件为 TH S 376.426 kJ mol 1 220.21110 3 kJ mol1 K1 1 709.4K。所以反应应在高温下才能自发进行。 (2) 反应在常温
12、下时， HTS74.848 kJ mol 180.674103 kJ mol1 K 1298 K50.807 kJ mol10，所以该反应常温下不能自发进行。 (3)裂解为炭黑和 H2时，HTS74.848 kJ mol 180.674103 kJ mol 1 K1T927.8 K， 即裂解为炭黑的最低温度为 927.8 K。 裂解为乙炔时， HTS376.426 kJ mol 1220.211103 J mol1 K1T1 709.4 K，即温度高于 1 709.4 K 自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，温度须控 制在 927.81 709.4 K。 (4)为了提高甲烷的碳化程度， 应满
13、足两方面要求： 温度应控制在927.81 709.4 K；温度越高，HTS 越小，越有利于自发进行。所以选用 1 273 K 最好。 答案 (1)高温 (2)不能自发进行 (3)927.81 709.4 K (4)C 变式训练 2 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。现把白锡制造的器皿放在 0 、100 kPa 的室内存放，它会变成灰锡而不能 继续使用(已知在 0 、100 kPa 条件下白锡转化为灰锡的反应，焓变和熵变分别 为 H2 180.9 J mol 1；S6.61 J mol1 K1)( ) A.会变 B.不会变 C.不能确定 D.升高温度才会变 解析 在
14、等温、等压条件下，自发反应总是向着 HTS0 的方向进行，直至 达到平衡状态。因此，在 0 、100 kPa 条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就 转化为求算反应白锡灰锡的HTS 的问题 HTS2 180.9 J mol 1 273 K(6.61 J mol 1 K1)376.37 kJ mol10，因此在该条件下白锡会变为 灰锡。 答案 A 1.以下说法中正确的是( ) A.H0 的反应均是自发反应 B.S 为负值的反应均不能自发进行 C.冰在室温下自动融化成水，是熵增的重要结果 D.高锰酸钾加热分解是一个熵减小的过程 解析 A 项，H0 S0 B.镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生
15、锈 C.CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的 H0，反应 不能自发进行可知 HTS0，所以 H0，错误，原电池的负极和电解池的阴 极均发生氧化反应，D 选项正确。 答案 C 3.下列反应中，在高温下不能自发进行的是( ) A.CO(g)=C(s)1 2O2(g) B.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) D.MgCO3(s)=MgO(s)CO2(g) 解析 A、B、C、D 的 H0，B、C、D 反应的 S0。HTS0 时，反应才 能自发进行。A 的 S0，S0，故 HTS0，此反应为非自
16、发进行的反应。 答案 D 5.下列反应可用焓变来解释的是( ) A.氢氧化钡与氯化铵反应 B.2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) H56.7 kJ mol 1 C.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) H74.9 kJ mol 1 D.2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJ mol 1 解析 焓变可以用来解释放热过程的自发性，前三项中的反应均为吸热反应。 答案 D 课时作业 基 础 练 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.铁在潮湿的空气中生锈 D.室温下液态水结成冰 解析 本题考查的是自发过程的判断
17、。自然界中的水由高处向低处流、天然气的 燃烧、铁在潮湿的空气中生锈、室温下冰的融化都是自发过程，其逆向都是非自 发的，故正确答案为 D。 答案 D 2.下列说法完全正确的是( ) A.放热反应均是自发反应 B.S 为正值的反应均是自发反应 C.物质的量增加的反应，S 为正值 D.如果 H 和 S 均为正值，当温度升高时，反应可能自发进行 解析 焓判据、熵判据均不是反应能否自发进行的唯一判据，因此 A、B 说法均 不正确；C 应该是“气体物质的量增加的反应，S 为正值”；如果 H 和 S 均 为正值，当温度升高时，HTS 有可能小于零，因此反应可能自发进行是正 确的。 答案 D 3.下列关于焓变
18、与反应方向的叙述中正确的是( ) A.化学反应的焓变与其反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C.反应焓变为正值时不利于反应自发进行 D.焓变为负值的反应都能自发进行 解析 可逆反应的两个反应其焓变的数值相等，但是符号(变化趋势)相反，A 项 错误；焓变对反应方向有直接影响，但不能决定反应进行的方向，B 项错误；焓 变为负值的反应多数能自发进行，但有的也不是自发反应，D 项错误；焓变为正 值，吸收热量，体系能量升高，不利于反应自发进行，C 项正确。 答案 C 4.汽车尾气(含烃类、CO、NO 与 SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之 一是在汽车排气管上装催化转化器，
19、它使 NO 与 CO 反应生成可参与大气生态循 环的无毒气体， 其反应原理是 2NO(g)2CO(g) = 催化剂N 2(g)2CO2(g)， 在 298 K、 100 kPa 下，H113 kJ moL 1，S145 J moL1 K1。下列说法中错误 的是( ) A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B.该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂条件 C.该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率 D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒 解析 此反应是放热反应，所以 A 正确；常温下，若 HTS0，反应可以自 发进行，高温和催化剂条件能加快反应速率
20、，所以 B 不正确，C 正确；NO、CO 都可和血红蛋白结合而使人中毒，D 正确。 答案 B 5.碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，下列有关说法中正确的是 ( ) A.碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大 B.碳铵分解是因为外界给予了能量 C.碳铵分解是吸热反应，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 答案 A 6.下列说法中正确的是( ) A.凡是放热反应都是能自发进行的反应，而吸热反应都是非自发进行的反应 B.自发反应一定是熵增加的反应，非自发反应一定是熵减小或不变的反应 C.熵增加且放热的反应一定是自发反应 D.非自发反应在任何条件下都
21、不能发生 解析 一个反应的 HTS0，放热反应的 H0，代入公式 得 HTS0， 故是自发反应， C 对； 非自发的反应， 可以通过改变条件， 使 H、 T、S 发生改变，从而使 HTS0 B.纯碳和氧气反应生成 CO(g)：S0 C.水蒸气变成液态水：S0 D.CaCO3(s)加热分解为 CaO(s)和 CO2(g)：S0 解析 水蒸气变成液态水是熵减小的过程。 答案 C 8.25 、1105 Pa 时，反应 2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) H56.7 kJ moL 1 自发进行的原因是( ) A.是吸热反应 B.是放热反应 C.是熵减小的反应 D.熵增效应大于能量效应 解析 该
22、反应是吸热反应，根据焓判据是不能自发进行的，说明该反应之所以能 够自发进行是由于熵增效应，并且熵增效应大于能量效应。 答案 D 9.反应 2AB(g)=C(g)3D(g)在高温时能自发进行， 反应后体系中物质的总能量 升高，则该反应的 H、S 应为( ) A.H0 B.H0，S0，S0 D.H0，S0。反应后体系中物质的总能量升高， 说明正反应是吸热反应，H0。 答案 C 10.氢气可用于制备 H2O2。 已知： H2(g)A(l)=B(l) H1； O2(g)B(l)=A(l) H2O2(l) H2，其中 A、B 均为有机物，两个反应均为自发反应，则反应 H2(g) O2(g)=H2O2(l
23、)的 H( ) A.大于 0 B.小于 0 C.等于 0 D.无法判断 解析 反应 H2(g)A(l)=B(l)和 O2(g)B(l)=A(l)H2O2(l)均为熵减反应，即 S0，两反应均为自发反应，根据 HTS0 可知，这两个反应均为放热反 应，则有 H10，H20。将两个已知热化学方程式依次标号为、，根据 盖斯定律，由可得：H2(g)O2(g)=H2O2(l) H，则有 HH1H2 0。 答案 B 11.已知 C2H5OH(l)=C2H4(g)H2O(l)的 H45.78 kJ mol 1，S126.19 J mol 1 K1。 (1)请通过计算判断此反应在 298 K 时能否自发进行：
24、 _ _。 (2)该反应发生的条件是_ _。 答案 (1)HTS45.78 kJ mol 1298 K126.19103 kJ mol1 K18.18 kJ mol 10，故此反应在 298 K 的温度下不能自发进行 (2)170 ，浓 H2SO4(作催化剂，脱水剂) 12.节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物(包括三废 和噪声等)排放。 (1)实现“节能减排”和“低碳经济”的一项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
25、能量(单位为 kJ mol 1)的变化： 关于该反应的下列说法中，正确的是_(填字母)。 A.H0，S0 B.H0，S0 C.H0，S0 D.H0 (2)将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的 炭即产生水煤气，化学方程式为 C(s)H2O(g)=H2(g)CO(g) H131.3 kJ mol 1，S133.7 J mol1 K1。 该反应在常温下能否自发进行？_(填“能”或“不能”)。 解析 (1)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生成物的总 能量，反应放热，H0；该反应发生后气体的物质的量减少，S0，所以常温下不能自发进行。 答案 (1)C (2
26、)不能 13.向平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体Ba(OH)2 8H2O和氯化铵晶体，塞紧瓶塞。 在瓶底和木板间滴少量水(如图所示)。一段时间后，发现瓶内固态物质变稀，有 液体生成，瓶壁变冷，小木板黏结在烧瓶底部。这时打开瓶塞，烧瓶中散发出刺 鼻的气味。 (1)下列有关该实验的结论正确的是_(填字母)。 A.自发反应一定是放热反应 B.自发反应一定是吸热反应 C.有的吸热反应也能自发进行 D.吸热反应不能自发进行 (2)发生反应的化学方程式为_ _。 (3) 从 化 学 反 应 进 行 方 向 的 角 度 解 释 上 述 现 象 ： _ _。 解析 (1)由“瓶壁变冷，小木板黏结在烧瓶底部”的实验现
27、象可判断该反应为 吸热反应，故不能用焓变来解释该反应的自发性，选项 A、B 错误；通过实验现 象可知：该吸热反应是自发的，C 项正确，D 项错误。(2)发生反应的化学方程式 为 Ba(OH)2 8H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O。(3)该反应是吸热反应， 也是熵增加反应，且熵变对反应进行方向起决定性作用。HTS0，常温下 自发进行，故有题述现象发生。 答案 (1)C (2)Ba(OH)2 8H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O (3)该反应是吸热反应，也是熵增加反应，由于熵变对该反应的方向起决定性作 用，即HTS”、“0， 因气体的物质的量增多，所以 S0。HTS
28、不能 (2)ab 15.某化学兴趣小组专门研究了氧族元素及其某些化合物的部分性质，所查资料 信息如下： 酸性：H2SO4H2SeO4H2TeO4； 氧、硫、硒与氢气化合越来越难，碲与氢气不能直接化合； 由某元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图所示。 请回答下列问题： (1)H2与 S 化合的反应_热量(填“放出”或“吸收”)。 (2)已知 H2Te 分解反应的 S0，请解释为什么 Te 和 H2不能直接化合： _。 (3)上述资料信息中能够说明硫元素的非金属性强于硒元素的是_(填序 号)。 解析 (1)由图示可知 H2与硫化合反应的 H0，故应为放热反应。(2)由图示可 知 H2与 Te 化合的反应 H0， H2Te 分解时 S0， 则化合生成 H2Te 的 S0， 即 HTS0，反应不能自发进行。 答案 (1)放出 (2)因为化合时 H0，S0，HTS0，故反应不能直接 化合 (3)
