1、第四节化学反应进行的方向学习目标定位了解自发过程和自发反应的主要特点，了解焓判据、熵判据的含义，会用焓变和熵变判断反应进行的方向。1根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。回答下列问题：(1)下列现象的发生，你认为是自发过程的是()A水由高处往低处流B气温升高冰雪融化C室温下，水自动结成冰D生锈的铁变光亮答案AB(2)自发过程具有的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。2有下列化学反应：白磷自燃、氯化氢分解、煤燃烧、钠与水反应、酸碱中和反应，其中属于能
2、自发进行的化学反应(简称自发反应)的是，属于放热反应的是。3自发过程和自发反应自发过程自发反应含义在一定条件下，不用借助外力作用就能自发进行的过程在给定的一组条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应特征具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下是肯定不能自发进行的举例高山流水，自由落体运动钢铁生锈应用(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2探究点一化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系1化学反应进行的方向与焓变的关系(1)根据下图，回答有关问题。图1表示的反应释放能量，为放热反应，体系能量由高
3、到低，趋向稳定，该过程一般能自发进行。图2表示的反应吸收能量，为吸热反应，体系能量由低到高，趋向不稳定，根据自发过程的特点，该反应一般不能自发进行。(2)分析下列反应进行的方向与H之间的关系：NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)，酸碱中和反应是放热反应，H0，常温下能自发进行。2Na(s)2H2O(l)=2NaOH(aq)H2(g)，该反应是放热反应，H0，该反应在常温下能自发进行。CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。(3)自发反应与焓变的关系多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行
4、，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化学反应进行的方向与熵变的关系(1)熵的概念自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的不规则或无序状态程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。(2)影响熵大小的因素同一条件下，不同的物质熵值不同。同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)S(l)S(s)。(3)熵判据在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号S)大于零，这个原理叫做熵增原理。在用熵变来判断过程的方向时，就称
5、为熵判据。当S0时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行。当S0时，反应为熵减反应，在一定条件下不能自发进行。(4)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。如：2Al(s)Fe2O3(s)=Al2O3(s)2Fe(s)S39.35 Jmol1K1，上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。归纳总结从能量角度(即焓变)看，化学反应有趋向于最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化学反应有呈现最大混乱度的倾向，在实际的化学变化中，H与S倾向有时会出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立
6、地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。活学活用1下列关于焓变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答案C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，故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。2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
7、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，下列说法中正确的是()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，高温和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，因为正反应是吸热反应答案C解析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。探究点二化学反应进行的方向与自由能变化的关系1用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向(1)由焓判据知
8、放热反应是易进行的；由熵判据知熵值增加是自发的。很多情况下用不同的判据判定同一个反应，可能会出现相反的判断结果。(2)体系的自由能变化(符号为G，单位为kJmol1)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，GHTS。(3)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向GHTS0的方向进行，直到达平衡状态。HTS0反应不能自发进行2判断下列反应在常温常压下能自发进行的是_(填序号)。(1)2KClO3(s)=2KCl(s)3O2(g)H78.03 kJmol1S494.4 Jmol1K1(2)CO(g)=C(s，石墨)O2(g)H110.5 kJmol1S89.36 Jm
9、ol1K1(3)4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H444.3 kJmol1 S280.1 Jmol1K1(4)CaCO3(s)=CaO(s)CO2(g)H178.2 kJmol1S169.6 Jmol1K1答案(1)(3)解析(1)GHTS78.03 kJmol1298 K494.4103 kJmol1K1225.36 kJmol10。在常温常压下该反应不能自发进行。(3)GHTS444.3 kJmol1298 K(280.1103 kJmol1K1)360.83 kJmol10。常温常压下该反应不能自发进行。归纳总结1复合判据判断反应方向的有关规律(1)
10、当H0，则G0，S0，反应一定不能自发进行。(3)当H0，S0或H0，S0时，反应能否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。2反应发生的条件有多种，GHTS这个判据只能用于温度、压强一定条件下的反应，不能用于其他条件(如温度、体积一定)下的反应。3反应的自发性只能判断方向性，反应能否实现，还要看具体的反应条件。活学活用3下列说法正确的是()A在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行BNH4HCO3(s)=NH3(g)H2O(g)CO2(g)H185.57 kJmol1，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的倾向C因为焓变和熵变都与反应的自发性有关
11、，因此焓变和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答案B解析A项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；C项错误，应利用复合判据进行判断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化能，增大反应速率，不能改变反应的方向。4已知反应：2NO(g)2CO(g)=N2(g)2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其H113.0 kJmol1， S145.3 Jmol1K1。该反应_(填“能”或“不能”)用于消除汽车尾气中的NO，理由为_。答案能该反应的HTS69.7 kJmol10，说明该反应在理论上是可行的，所以能用于消除汽车
12、尾气中的NO解析GHTS113.0 kJmol1298 K(145.3103 kJmol1K1)69.7 kJmol10，故理论上该反应能自发进行。1下列说法中不正确的是()A体系有序性越高，熵值就越低B自发过程可以导致体系的熵增大C吸热反应不可以自发进行D同种物质气态时熵值最大答案C解析反应能否自发进行，主要由自由能来决定，从公式GHTS可知G0，说明石墨变成金刚石需吸收能量，则说明金刚石比石墨能量高，不稳定。4判断下列反应的熵值的变化，在每小题后面的横线上填上“增大”、“减小”或“无明显变化”。(1)2H2(g)O2(g)2H2O(l)_ _。(2)H2(g)Cl2(g)2HCl(g)_
13、_。(3)(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)_ _。(4)Cu(s)Cl2(g)CuCl2(s)_ _。答案(1)减小(2)无明显变化(3)增大(4)减小解析对同一种物质，由于S(g)S(l)S(s)，故气体液体固体是熵减的变化，反之是熵增的变化。 基础过关一、自发过程的判断1下列过程是非自发的是()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答案D解析本题考查的是自发过程的判断。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。2知道了某过程有自发性之后，则
14、()A可判断出过程的方向B可确定过程是否一定会发生C可预测过程发生完成的快慢D可判断过程的热效应答案A解析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、反应的热效应无关。二、化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系3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不能发生答案C解析一个反应的HTS0，放热反应的H0，代入公式得HTS0，故是自发的，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HT
15、S0，达到自发，D错误。4下列自发反应可用焓判据来解释的是()A2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) H56.7 kJmol1B(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) H74.9 kJmol1C2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H572 kJmol1DCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) H178.2 kJmol1答案C解析焓判据是指H0B纯碳和氧气反应生成CO(g)：S0C水蒸气变成液态水：S0DCaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)：S0答案C解析水蒸气变成液态水是熵减小的过程。6冰融化为水的过程的焓变和熵变正确的是()AH0，S0 BH
16、0CH0，S0 DH0，S0。725 、1.01105 Pa时，反应2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)H56.7 kJmol1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熵增大效应大于能量效应答案D解析该反应是吸热反应，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。三、复合判据的应用8下列关于化学反应的自发性叙述正确的是()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答案A解析GHTS当H0，S0时 不
17、能判断GHTS的正负，与T有关。当H0，S0，非自发反应。当H0时 GHTS0，一定是自发反应。当H0，S0时 不能判断H的正负，与T有关。9已知在等温等压条件下，化学反应方向的判据为HTS0反应不能自发进行设反应A=DEHTS(4 50011T) Jmol1，要防止反应发生，温度必须()A高于409 KB低于136 KC高于136 K而低于409 KD低于409 K答案A解析要防止反应发生需满足HTS0的条件，解不等式得T409K)，故A正确。10已知反应2CO(g)=2C(s)O2(g)的H为正值，S为负值。设H和S不随温度而变，下列说法中正确的是()A低温下能自发进行B高温下能自发进行C
18、低温下不能自发进行，高温下能自发进行D任何温度下都不能自发进行答案D解析因为H0，S0，故HTS0，此反应为非自发进行的反应。能力提升11在一定条件下，对于反应mA(g)nB(g)cC(g)dD(g)，C物质的浓度(C%)与温度、压强的关系如图所示，下列判断正确的是()AH0 BH0S0S0 DH0S0答案A解析当T不变时，压强越大，C%越低，说明加压平衡左移，则mn0；温度越高，C%越低，说明升温，平衡左移，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，HH2SeO4H2TeO4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：
19、(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)。答案(1)放出(2)因为化合时H0，S0，故反应不能自发进行(3)解析(1)由图示可知H2与硫化合的反应H0，H2Te分解时S0，则化合生成H2Te的S0，故反应不能自发进行。拓展探究15工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低？已知：Fe2O3(s)C(s)=2Fe(s)CO2(g)H233.8 kJmol1，S0.279 kJmol1K1Fe2O3(s)3H2(g)=2Fe(s)3H2O(g)H98 kJmol1，S0.144 2 kJmol1K1答案用H2作还原剂时反应自发进行的温度较低。解析根据HTS0为平衡状态，HTS0为自发状态，故T时该反应能自发进行。用C作还原剂时T1838.0 K；用H2作还原剂时T2679.6 K。故用H2作还原剂时，反应自发进行的温度较低。