高中化学 第2章 第4节化学反应进行的方向学案 新人教版选修4Word文档下载推荐.docx

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D．判断过程的热效应

[解析]　大量事实告诉我们，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，所以A正确，B、C错误。

放热反应常常能自发进行，但有些吸热反应也能自发进行，D错误。

[答案]　A

过程的自发性只是一种趋势，如高处的水有自发流下的趋势，但未必就一定流下；

过程要发生，则必须具备一定的条件才可以，如手中拿着的一个球，它有下落的自发性，但要让球落下，则必须具备“松开手”这一条件才可以。

　自发过程与自发反应的理解与判断

1．下列过程均为自发过程的是（　　）

①铵盐的溶解　②烧碱与盐酸反应　③Zn与稀H2SO4反应　④氢气在氧气中燃烧　⑤Mg在空气中燃烧

⑥铝热反应　⑦墨水在水中的扩散　⑧电解熔融的氯化钠

A．①②③④　　　　　　B．⑤⑥⑦⑧

C．②④⑥⑧D．①②③④⑤⑥⑦

2．下列说法中正确的是（　　）

A．能自发进行的反应一定能迅速发生

B．非自发进行的反应一定不能发生

C．能自发进行的反应也可能没有发生

D．常温下，2H2O

2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应

C

知识点二　化学反应进行的方向

阅读教材P34～P36，思考并填空。

1．焓判据

（1）放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向，因此可用焓变来判断反应进行的方向。

（2）局限性

有些吸热反应，也能自发进行。

①2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）

ΔH＝＋56.7kJ/mol

②（NH4）2CO3（s）===NH4HCO3（s）＋NH3（g）

ΔH＝＋74.9kJ/mol

2．熵判据

（1）熵

用来度量体系混乱程度的物理量。

熵值越大，混乱程度越大，符号为S，单位为“J/（mol·

K）”。

（2）熵值大小的比较

同一种物质不同状态时熵值大小为S（g）＞S（l）＞S（s）。

（3）熵增原理

在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变（符号ΔS）大于零。

（4）熵判据

体系有自发地向混乱度增加（即熵增）的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。

（5）局限性

有些熵值减小的反应，在一定条件下也能自发进行。

2Al（s）＋Fe2O3（s）===Al2O3（s）＋2Fe（s）

ΔS＝－39.35J/（mol·

K）

3．复合判据

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发生和过程发生的速率，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。

综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。

1．判断正误

（1）自发反应一定很容易发生。

（　　）

（2）O2转化为O3时，熵减小。

（3）同种物质气态时熵值最大。

（4）合成氨反应N2＋3H22NH3　ΔH＜0，高温有利于其自发进行。

（5）能自发进行的反应不一定真的能发生。

（1）×

（2）√　（3）√　（4）×

　（5）√

2．以下自发过程可用焓判据来解释的是（　　）

A．硝酸铵自发地溶于水

B．2N2O5（g）===4NO2（g）＋O2（g）

C．（NH4）2CO3（s）===NH4HCO3（s）＋NH3（g）

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ/mol

解析：

选D。

焓判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三个自发过程均为吸热过程，不能单用焓判据来解释。

影响化学反应进行方向的因素

1．焓变对化学反应的影响

（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。

NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）　ΔH<

0。

（2）有不少吸热反应也能自发进行。

NH4HCO3（s）＋CH3COOH（aq）===CO2（g）＋CH3COONH4（aq）＋H2O（l）　ΔH>

（3）还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。

CaCO3（s）

CaO（s）＋CO2（g）　ΔH>

（4）结论

焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。

2．熵变对化学反应的影响

（1）许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。

2H2O2（aq）===2H2O（l）＋O2（g）　ΔS＞0。

（2）有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。

CaO（s）＋CO2（g）　ΔS＞0。

（3）少数熵减少的反应，在一定条件下也可以自发进行。

NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）　ΔS＜0。

熵变是与反应能否自发进行有关的另一个因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。

3．复合判据对化学反应的影响

由焓判据知放热过程常常是自发的；

由熵判据知熵增的过程常常是自发的。

很多情况下，用不同的判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。

为了更准确判断化学反应进行的方向，把焓判据和熵判据结合起来组成复合判据——自由能变化（ΔG）判据，更适合于对所有过程的判断。

ΔG＝ΔH－TΔS（T为开尔文温度），ΔG的正、负决定着反应的自发与否。

ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行；

ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态；

ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。

　某化学反应在较低温度下能自发进行，较高温度下不能自发进行。

有关该反应的下列说法正确的是（　　）

A．ΔH>

0，ΔS>

0　　　　B．ΔH>

0，ΔS<

C．ΔH<

0,ΔS>

0　　　D．ΔH<

[解析]　ΔH>

0，要使ΔH－TΔS<

0，T值应较大，即应该在高温下才能自发进行，A错误；

ΔH>

0，ΔH－TΔS>

0，任何温度下都不能自发进行，B错误；

ΔH<

0，ΔH－TΔS<

0一定成立，任何温度下都能自发进行，C错误；

0，T值应较小，即应该在低温下才能自发进行，D正确。

[答案]　D

　C＋CO2===2CO的反应只能在高温下自发进行，该反应的ΔH大于零、小于零还是等于零？

因该反应为熵增反应，即ΔS>

0，在低温下不能自发进行，故ΔH大于零。

温度对反应能否自发进行的影响

　ΔH和ΔS与反应方向

1．下列说法正确的是（　　）

A．放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行

B．NH4HCO3（s）===NH3（g）＋H2O（g）＋CO2（g）　ΔH＝＋185.7kJ·

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

C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据

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

选B。

有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行，如高温时CaCO3分解，A项错误；

要将焓变和熵变综合起来即利用复合判据进行判断，C项错误；

使用催化剂只能加快化学反应的速率，不能改变反应的方向，D项错误。

2．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

选A。

本题考查化学反应进行方向的判据。

放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应，自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变。

　复合判据与反应方向

3．下列判断错误的是（　　）

①反应NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0

②CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0

③一定温度下，反应MgCl2（l）===Mg（l）＋Cl2（g）的ΔH＞0、ΔS＞0

④常温下，反应C（s）＋CO2（g）===2CO（g）不能自发进行，则该反应的ΔH＞0

A．①③　　　　　　　　B．②③

C．②④D．②

①中反应的ΔS＜0，能自发进行，根据ΔH－TΔS＜0，则ΔH＜0，①正确；

②中分解反应是吸热反应，焓变大于零，生成气体，是熵增反应，该反应在高温下能自发进行，②错误；

③中有气体生成，是熵增反应，该反应为分解反应，反应吸热，ΔH＞0，③正确；

④中常温下该反应不能自发进行，则说明ΔH－TΔS＞0，即ΔH＞TΔS，而该反应气体的量增加，是熵增反应，故ΔS＞0，则常温下ΔH＞0，④正确。

4．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℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9J·

mol－1，ΔS＝－6.61J·

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

在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。

因此，在0℃、100kPa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ΔH－TΔS值的问题。

ΔH－TΔS＝－2180.9J·

mol－1－273K×

（－6.61J·

K－1）＝－376.37J·

mol－1＜0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。

重难易错提炼

1.焓判据：

放热过程中体系能量降低，ΔH＜0，反应具有自发进行的倾向。

2．熵判据：

在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加（ΔS＞0）的方向转变的倾向。

3．同一物质由固态（s）→液态（l）→气态（g）的过程为熵值增大的过程，ΔS＞0；

反之，为熵值减小的过程，ΔS＜0。

4．当ΔH＜0、ΔS＞0时，反应一定能自发进行；

当ΔH＞0、ΔS＜0时，反应一定不能自发进行。

课后达标检测

[基础巩固]

1．下列说法中正确的是（　　）

A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的

B．自发反应一定熵增大，非自发反应一定熵减小或不变

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不能实现

选C。

反应的自发性同时受焓变和熵变的影响。

放热反应不都是自发的，吸热反应也不都是非自发的。

自发反应不一定熵增大，非自发反应也不一定熵减小或不变。

反应能不能发生受外界条件的影响，非自发反应在一定条件下也可能发生。

2．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。

将烧瓶放在一块木板上，并在瓶底和木板间滴少量水，一会儿，就会发现瓶内固态物质变稀，有液体生成，瓶壁变冷，小木板因少量水结冰冻结，而将烧瓶黏住，这时打开瓶塞，散发出来的气体有氨味。

这是因为自发地发生了反应：

Ba（OH）2·

8H2O（s）＋2NH4Cl（s）===BaCl2（s）＋2NH3（g）＋10H2O（l）。

下列结论正确的是（　　）

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

8H2O和NH4Cl混合后，瓶壁变冷，说明该反应为吸热反应，又因为该反应能自发进行，故C正确。

3．美国亚利桑那州大学（ASU）和阿贡国家实验室的科学家最近设计出生产氢气的人造树叶，原理为2H2O（g）

2H2（g）＋O2（g）。

有关该反应的说法正确的是（　　）

A．ΔH＜0　　　　　　　B．ΔS＜0

C．化学能转变为电能D．氢能是理想的绿色能源

该反应是熵增的吸热反应，太阳能转化为化学能。

4．下列关于化学反应的自发性叙述中正确的是（　　）

A．焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的

B．焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的

C．焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的

D．熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的

用复合判据ΔG＝ΔH－TΔS判断：

①当ΔH＞0，ΔS＞0时，不能判断ΔG＝ΔH－TΔS的正负。

②当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＝ΔH－TΔS＞0，是非自发反应。

③当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＝ΔH－TΔS＜0，一定是自发反应。

④当ΔH＜0，ΔS＜0时，不能判断ΔG＝ΔH－TΔS的正负。

5．（2016·

泉州高二检测）在如图所示图1中A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的气体。

若将中间活塞打开，两种气体分子立即都分布在两个容器中（见图2）。

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中不正确的是（　　）

A．此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向的变化过程，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．此过程从有序到无序，混乱度增大

D．此过程是自发可逆的

由题意知ΔH＝0、ΔS＞0，由ΔH－TΔS知该过程的逆过程不能自发进行，所以D错。

6．（2016·

南京高二检测）某化学反应其ΔH＝－122kJ·

mol－1，ΔS＝＋231J·

K－1，则此反应在下列哪种情况下可自发进行（　　）

A．在任何温度下都能自发进行

B．在任何温度下都不能自发进行

C．仅在高温下自发进行

D．仅在低温下自发进行

ΔG＝ΔH－TΔS＝－122kJ·

mol－1－T×

231×

10－3kJ·

K－1＜0，则T取任意温度反应都能自发进行。

7．分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是（　　）

A．2N2（g）＋O2（g）===2N2O（g）　ΔH＝＋163kJ·

mol－1

B．Ag（s）＋

Cl2（g）===AgCl（s）ΔH＝－127kJ·

C．HgO（s）===Hg（l）＋

O2（g）ΔH＝＋91kJ·

D．H2O2（l）===

O2（g）＋H2O（l）ΔH＝－98kJ·

反应能自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<

0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。

对于A项，ΔH>

0，在任何温度下，都有ΔH－TΔS>

0，即任何温度下，反应都不能自发进行；

对于B项，ΔH<

0，在较低温度下，ΔH－TΔS<

0，即较低温度时反应能自发进行；

对于C项，ΔH>

0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<

0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；

对于D项，ΔH<

0，在任何温度下，都有ΔH－TΔS<

0，即在任何温度下反应均能自发进行。

8．在化学反应A（g）＋B（g）2C（g）＋D（g）　ΔH＝QkJ·

mol－1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。

（1）Q________0（填“＞”“＜”或“＝”）。

（2）熵变ΔS________0（填“＞”“＜”或“＝”）。

（3）该反应________自发进行（填“能”或“不能”）。

（4）升高温度平衡常数K________（填“增大”“减小”或“不变”），平衡向________方向移动。

据图像可知，该反应是放热反应，故Q＜0；

据反应特点可知，该反应是熵增大的反应；

据此可知该反应能自发进行。

升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。

（1）＜　

（2）＞　（3）能　（4）减小　逆反应

9．已知在100kPa、298.15K时石灰石分解反应：

CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH＝＋178.3kJ/mol　ΔS＝160.4J/（mol·

K），则：

（1）该反应在常温下________（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”）成为反应方向的决定因素；

（3）若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度为________（若不能，则此空不必填）。

（1）ΔH－TΔS＝178.3kJ/mol－298.15K×

160.4×

10－3kJ/（mol·

K）＝130.5kJ/mol＞0，所以常温下该反应不能自发进行。

（2）因为该反应ΔH＞0、ΔS＞0，所以ΔH－TΔS在温度较高的时候可能小于0。

（3）根据ΔH－TΔS＜0时，反应可自发进行，则有：

T＞ΔH/ΔS＝1111.6K。

（1）不能　

（2）能　（3）1111.6K

[能力提升]

10．（2016·

宁波高二检测）某反应：

A===B＋C在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过程ΔH、ΔS的判断正确的是（　　）

A．ΔH＜0、ΔS＜0B．ΔH＞0、ΔS＜0

C．ΔH＜0、ΔS＞0D．ΔH＞0、ΔS＞0

由ΔG＝ΔH－TΔS＜0反应自发进行知：

ΔH＜0、ΔS＜0的反应在低温时自发进行；

ΔH＞0、ΔS＜0的反应一定不能自发进行；

ΔH＜0、ΔS＞0的反应一定能自发进行；

ΔH＞0、ΔS＞0的反应在高温时自发进行。

11．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），下图表示该反应过程中能量（单位为kJ·

mol－1）的变化：

关于该反应的下列说法中，正确的是（　　）

A．ΔH＞0，ΔS＞0B．ΔH＞0，ΔS＜0

C．ΔH＜0，ΔS＜0D．ΔH＜0，ΔS＞0

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，ΔH＜0；

该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。

12．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，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）===N2（g）＋2CO2（g）。

由此可知，下列说法正确的是（　　）

A．该反应是熵增大的反应

B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂

C．该反应常温下能自发进行，催化剂条件只是加快反应的速率

D．该反应常温下能自发进行，因此正反应是吸热反应

只使用催化剂便可使尾气发生转化，故此反应能自发进行。

因反应是气体物质的量减小的反应，故熵减小。

因熵减小不利于反应自发，故自发进行的原因是反应放热。

13．在其他条件不变时，改变某一条件对aA（g）＋bB（g）cC（g）化学平衡的影响，得到如图所示图像（α表示平衡转化率），回答下列问题：

（1）在反应Ⅰ中，若p1＞p2，则此正反应为________（填“吸热”或“放热”）反应，也是一个气体分子数________（填“减小”或“增大”）的反应，由此判断，此反应自发进行必须满足的条件是________。

（2）在反应Ⅱ中，T1________（填“＞”“＜”或“＝”）T2，该正反应为________（填“吸热”或“放热”）反应。

（3）在反应Ⅲ中，若T1＞T2，试分析该正反应能否自发进行？

（1）反应Ⅰ中恒压下温度升高，α（A）减小，即升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应；

由p1＞p2知，恒温时压强越大，α（A）越大，即增大压强平衡正向移动，说明正反应为气体分子数减小的反应；

放热、熵减的反应只能在低温下自发进行。

（2）根据“先拐先平”的原则判断，反应Ⅱ中T1＞T2；

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，则正反应为放热反应。

（1）放热　减小　低温　

（2）＞　放热

（3）反应Ⅲ中在恒温下压强变化时α（A）没有影响，说明此ΔS＝0，又T1＞T2，恒压下温度越高，α（A）越小，则ΔH＜0。

ΔH－TΔS＜0，则反应能自发进行。

14．

（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ΔH>

0，简述该设想能否实现的依据：

________________________________________________________________________。

（2）将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计），在恒定温度下使其达到分解平衡：

NH2COONH4（s）2NH3（g）＋CO2（g）

实验测得不同温度下的平衡数据列于下表：

温度/℃

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

平衡总压强/kPa

5.7

8.3

12.0

17.1

24.0

平衡气体

总浓度/mol·

L－1

2.4×

10－3

3.4×

4.8×

6.8×

9.4×

氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH________0，熵变ΔS________0。

（填“＞”“＜”或“＝”）

（1）2CO（g）===2C（s）＋O2（g），该反应是焓增、熵减的反应。

根据ΔG＝ΔH－TΔS＞0，不能实现。

（2）根据表中数据，升温，平衡正向移动，ΔH＞0，固体分解为气体，ΔS＞0。

（1）该反应是焓增、熵减