1、2022 高中化学新教材同步讲义资料 第三节第三节化学反应的方向化学反应的方向 核心素养发展目标1.证据推理与模型认知：了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化 学反应自发性的思维方法模型。2.科学态度与社会责任：根据三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折 发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识。 一、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，就能 自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发 进行到显著程度的化学反应 特 征 具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方 向在该条件下肯定不能自发进行 举 例 高山流水，自由落体，冰
2、雪融化钢铁生锈 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 (1)自发过程不需任何条件就能发生() (2)室温下冰变成水属于自发过程() (3)水由高处向低处流属于自发过程() (4)能自发进行的反应速率一定很大() 答案(1)(2)(3)(4) 1已知：2H2O2= 点燃 2H2O； 2H2O= 电解 2H2O2。 是自发反应，是非自发反应，通过对上述反应的分析，思考： (1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？ (2)非自发反应一定不能发生吗？ 答案(1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可
3、自发进行。 (2)非自发反应也能在一定条件下发生。 2知道了某个反应是自发反应后，能否知道某条件下是否发生？能否预测反应的快慢？ 答案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。 2022 高中化学新教材同步讲义资料 自发过程的判断 (1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)。 (2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则 正向过程一定自发。 二、化学反应进行方向的判据 1焓变与反应的方向 (1)放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变
4、化)来判断反 应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。 (2)焓变与化学反应进行方向的关系 多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 有些吸热反应也可以自发进行，如： 2N2O5(g)4NO2(g)O2(g)H109.8 kJmol 1。 结论：只用焓判据判断反应是否自发不全面。 2熵变与反应的方向 (1)熵、熵变的概念 (2)熵值大小 体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。 同一物质的熵值：S(g)S(l)S(s)，同一条件下，不同物质的熵值不同。 (3)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。 (4)熵变与化学
5、反应进行方向的关系 许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应)，如 2KClO3= MnO2 2KCl3O2； CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2等。 有些熵减的反应也可以自发进行，如： Ca(OH)2(aq)CO2(g)=CaCO3(s)H2O(l)。 结论：只用熵判据判断反应是否自发不全面。 3自由能与化学反应的方向 (1)自由能变化 符号为G，单位为 kJmol 1。 (2)自由能变化与焓变、熵变的关系：GHTS。G 不仅与焓变有关，还与温度有关。 (3)反应方向与自由能的关系 2022 高中化学新教材同步讲义资料 化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡
6、。 当G0 时，反应能自发进行； 当G0 时，反应处于平衡状态； 当G0 时，反应不能自发进行。 (1)放热反应一定能自发进行() (2)同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大() (3)熵增的反应一定能自发进行() (4)自发反应在任何条件下均可发生() (5)过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率() 答案(1)(2)(3)(4)(5) 1根据复合判据GHTS0，S0 和H0，S0，S0 的反应在高温下，GHTS0，能自发进行；H0，S0 的反应在低温下， GHTS0，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行的是_(填字母)。 aCO(g
7、)=C(s)1 2O 2(g) 2022 高中化学新教材同步讲义资料 b2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) c(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) dMgCO3(s)=MgO(s)CO2(g) 答案(1)该反应是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 的S0，所以在高温时该反应不能自发进行。 题组一自发过程和自发反应 1下列关于自发过程的叙述中，正确的是() A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 B需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C同一可逆反应的正、逆反
8、应在不同条件下都有自发的可能 D非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 答案C 解析在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也是需要特定的 条件的，A、B 项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C 项正确；改变条件，可 以使某些非自发过程转变为自发过程，D 项错误。 2下列反应属于非自发反应的是() A钠与水反应 B氢气在氧气中燃烧生成水 C水分解变成氢气和氧气 D氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 答案C 题组二焓变和熵变与反应进行方向的判断 3对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是() A温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行 B温
9、度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向 C反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素 D固体的溶解过程与熵变无关 答案B 解析化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。 4(2020日照调研)已知：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g)H74.9 kJmol 1，下列说法正 2022 高中化学新教材同步讲义资料 确的是() A该反应中熵变、焓变皆大于 0 B该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行 C碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行 D能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
10、 答案A 解析根据反应方程式可知该反应中熵变、焓变都大于 0，A 项正确；该反应是吸热反应，但也是熵 增大的反应，所以也可能自发进行，B 项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分 解都能够自发进行，如 CaCO3的分解仅在高温下自发，C 项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应， 不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D 项错误。 5.实现“节能减排”和“低碳经济”的一个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能量(单位为 k
11、Jmol 1)的变化。 关于该反应的下列说法中，正确的是() AH0，S0BH0，S0 CH0，S0DH0，S0 答案C 解析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小，S0。 6(2019湖南长沙雅礼中学月考)下列对熵的理解不正确的是() A同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小 B体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大 C与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小 D25 、1.01105Pa 时，2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g)是熵增反应 答案C 解析C 项，体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程
12、为熵增过程，故错误。 题组三自由能(复合判据)与反应进行方向的判断 7反应：CH3OH(l)NH3(g)=CH3NH2(g)H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|H|17 kJmol 1，|HTS|17 kJmol1，则下列选项正确的是( ) AH0，HTS0BH0，HTS0 CH0，HTS0DH0，HTS0 2022 高中化学新教材同步讲义资料 答案A 解析该反应在一定温度下能够自发的向右进行，这说明HTS 一定小于 0，根据方程式可知该反 应的S0，所以如果H0，则该反应在任何温度下都是自发进行的，而该反应在一定温度下能够自发 的向右进行，因此该反应的反应热H0，故选 A。 8下列
13、反应在任何温度下均能自发进行的是() A2N2(g)O2(g)=2N2O(g)H163 kJmol 1 BAg(s)1 2Cl 2(g)=AgCl(s)H127 kJmol 1 CHgO(s)=Hg(l)1 2O 2(g)H91 kJmol 1 DH2O2(l)=1 2O 2(g)H2O(l)H98 kJmol 1 答案D 解析反应能自发进行的前提条件是反应的HTS0，S0，即任何温度下，反应都不能自发进行；对于 B 项，H0，S0，在较低温度下，HTS0，S0，若 使反应自发进行， 即HTS0， 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， H0，在任何温度下，HTS0
14、，即在任何温度下反应均能自发进行。 9 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 、 100 kPa 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 、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 Jmol 1，S6.61 Jmol1 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 答案A 解析在等温、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HT
15、S 值的问 题。HTS2 180.9 Jmol 1273 K(6.61 Jmol1K1) 376.37 Jmol 1K，反应逆向进行。 12已知反应 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H43 kJmol 1，在 850 时 K1。今在某密 闭容器中充入 1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2和 x mol H2，下列说法不正确的是() A900 时，该反应的平衡常数 K1 B850 时，若 x5.0，则起始时反应向逆反应方向进行 C850 达到化学平衡后，通入 CO，化学平衡逆向移动 D850 时，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则 x 应满足 x
16、K 1，反应向逆反应方向进行，B 项正确；达到平衡时，通入 CO，反应物浓度增大，化学平衡正向移动， C 项错误；850 时，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，由 K1，可求得应满足 x3.0，D 项正 确。 13对于 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，某温度下平衡常数 K 为 1，向一密闭容器内同时通入 CO(g)、H2O(g)、CO2(g)、H2(g)各 1 mol，在该温度下建立平衡时，CO 的物质的量() A大于 1 molB小于 1 mol C等于 1 molD无法确定 答案C 解析由于 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)反应前与反应后气态物质的化学计量数之
17、和相等，故可 使用各物质的物质的量代替物质的量浓度进行计算。由于 QK，说明一开始就建立了平衡。 14(2019青岛期末)氨的工业合成工艺的成熟推动了人类文明的进步，不少科技工作者为了寻找廉价 2022 高中化学新教材同步讲义资料 的氨的制备方法，进行了前赴后继的探索性工作。用氢气和氮气合成氨是一个可逆反应，化学方程式为 N23H2 高温、高压 催化剂 2NH3。已知，在常温下，1 g H2完全转化为 NH3，放出的热量为 15.4 kJ。 (1)请写出该反应的热化学方程式： _。 (2)如果一个反应的HTS0， 则该反应能够自发进行。 已知上述氨的合成反应的S198.2 Jmol 1K1，则
18、其在常温下_(填“能”或“不能”)自发进行。 答案(1)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol 1 (2)能 解析(2)HTS92.4 kJmol 1298 K(0.198 2 kJmol1K1)0， 所以常温下该反应可以自 发进行。 15(2019济南调研)某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对某类反应aA(g) bB(g)cC(g)的化学平衡的影响，得到如下图像(图中 p 表示压强，T 表示温度，n 表示物质的量，表示 转化率)。 分析图像，回答下列问题： (1)在反应中，若 p1p2，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
19、“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，H0；由 p1p2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，S0。放热、熵减反应只能在低温条件下自发进行。 (2)反应中，T2条件下反应先达到平衡状态，说明 T2T1，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
20、热反应。 16已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。 (1)已知 2CO(g)CO2(g)C(s)，T980 K 时，HTS0。当体系温度低于 980 K 时，估计H TS_0(填“大于”“小于”或“等于”，下同)；当体系温度高于 980 K 时，估计H TS_0。 (2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)4HF(g)=SiF4(g)2H2O(g)H(298.15 K) 94.0 kJmol 1、S(298.15 K)75.8 Jmol1K1，设H 和S 不随温度而变化，则此反应自发进行的温度 2022 高中化学新教材同步讲义资料 范围是_。 答案(1)小于大于(2)T1 240 K 解析(1)C(s)CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应，H0，则 2CO(g)CO2(g)C(s)为放热反 应，H0，且该反应S0，则当 T980 K 时，HTS0，T980 K 时，HTS0。 (2)由题给信息可知，要使反应能自发进行，应有HTS0，即94.0 kJmol 1T 75.810 3 kJmol 1K10，则 T 94.0 kJmol 1 75.810 3 kJmol 1K11 240 K。
