第二章 第四节 教案及习题（高中化学 选修4 步步高）.docx

1、第四节第四节 化学反应进行的方向化学反应进行的方向 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 1自发过程 (1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。 (2)特点 能量角度：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)。 混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。 2自发反应 (1)定义：在给定条件下，可以自发地进行到显著程

2、度的化学反应。 (2)自发反应的特征 具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自 发。 体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。 体系趋向于从有序体系转变为无序体系。 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。 例 1 下列不属于自发进行的变化是( ) A红墨水加到清水中使整杯水变红 B冰在室温下融化成水 C水电解生成氢气和氧气 D铁器在潮湿的空气中生锈 答案 C 解析 红墨水滴入清水中能使整

3、杯水变红、冰在室温下融化为水、铁器在潮湿空气中生锈等 过程都是自发进行的，A、B、D 属于自发进行的变化，而水电解生成氢气和氧气的反应必须 通电电解才可以进行，不属于自发过程，C 项不属于自发进行的变化。 考点 自发过程和自发反应 题点 自发过程的判断 例 2 知道了某过程有自发性之后，则( ) 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。 考点 自发过程和自发反应 题点 自发过程(或反应)的理解 二、化学反应进行方向的判据 1焓判据(能

4、量判据) (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) H56.7 kJ mol 1。 2熵判据 (1)熵：用来量度体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为 S。 (2)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 S)零。 (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

5、此可用熵变来判断反 应进行的方向。 (4)熵变与化学反应进行方向的关系 许多熵增的反应是自发的，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)。 3复合判据 (1)复合判据为体系的自由能变化(符号为 G，单位为 kJ mol 1)，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方向的判断，GHTS。 (2)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。 当 H0，S0 时，G0，反应能自发进行。

6、 当 H0，S0 时，G0，反应不能自发进行。 当 H0，S0 或 H0，S0 时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可 使 G0，即反应达到平衡状态。 (1)焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行 的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。 (2)根据 HTS0 判断的只是反应自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及 化学反应速率的问题。 例 3 下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是( ) A放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程 B.4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s) H

7、444.3 kJ mol 1 S280.1 J mol1 K1 在常温常压下能自发进行 C在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1 200 K) 下则能自发进行 D放热过程(H0)或熵增加(S0)的过程一定是自发的 答案 D 解析 放热的自发过程可能熵减小，吸热的自发过程是熵增加的过程，A 项正确；根据 G HTS444.3 kJ mol 1298 K(280.1103 kJ mol1 K1)360.83 kJ mol1 0，此时焓变对反应的方向起决定性作用，常温常压下能自发进行，B 项正确；碳酸钙分解反 应的 H0 且 S0，同样根据 GHTS0 可知在高温下

8、可自发进行，C 项正确； 焓减小或熵增的过程不一定都是自发进行的， 有的反应需在外力作用下才能进行， D 项错误。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 由焓变、熵变判断反应进行的方向 例 4 煤化工中常需要研究不同温度下的化学平衡常数、投料比及产率等问题。 已知：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)的平衡常数随温度的变化如下表： 温度/ 400 500 830 1 000 平衡常数 K 10 9 1 0.6 请回答下列问题： (1)上述反应的正反应是_(填“放热”或“吸热”)反应。 (2)某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，平衡_(填“正 向移动”“逆向移动

9、”或“不移动”)。 (3)830 时，在恒容密闭容器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中 向正反应方向进行的有_(填字母)。 A B C D n(CO2)/mol 3 1 0 1 n(H2)/mol 2 1 0 1 n(CO)/mol 1 2 3 0.5 n(H2O)/mol 5 2 3 2 答案 (1)放热 (2)逆向移动 (3)BC 解析 (1)根据表格数据可知，反应温度越高化学平衡常数越小，说明升温平衡向逆反应方向 移动，逆反应为吸热反应，正反应为放热反应。(2)其他条件不变，升高温度平衡向吸热反应 方向移动，即逆向移动。 (3)A 项，Q23 151.21.0，反应逆

10、向进行；B 项，Q 11 22 1 41.0，反应正向进行；C 项，Q00 3301.0，反应正向进行；D 项，Q 11 0.521.0K，反应处于平衡状态。 在一定温度下，对于可逆反应 aA(g)bB(g)cC(g)dD(g)的任意状态， ccC cdD caA cbB称为该 反应的浓度商，用 Q 表示。通过比较浓度商和平衡常数的相对大小，可判断可逆反应是否达 到平衡状态或反应进行的方向： QK，反应向正反应方向进行； QK，反应处于平衡状态； QK，反应向逆反应方向进行。 相关链接 (1)对反应进行方向判断的讨论 类型 H S 反应的自发性 1 0 0 HTS0，一定能自发进行 2 0 0

11、 HTS0，一定不能自发进行 3 0 0 (HTS)因温度的变化而可能大于 0 或小于 0，反应自 发性也因温度变化而改变。一般来说，低温时焓变影响为 主，高温时熵变影响为主，H0，S0 的反应在较低 4 0 0 温度下能自发进行；H0，S0 的反应在较高温度下 能自发进行 (2)温度对反应进行方向的影响 根据复合判据 HTS 可知，反应熵变 S 对化学反应方向的影响是与温度相关联的，因此 温度也可以影响反应进行的方向。严格来讲，温度对反应的焓变与熵变都有影响，但是在焓 变与熵变随温度变化不大的范围内，可以认为它们是定值。温度与反应进行方向的关系如图 所示： 1(2018 青岛二中期中)下列说

12、法正确的是( ) A凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的 B自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小 C常温下，反应 C(s)CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的 H0 D反应 2Mg(s)CO2(g)=C(s)2MgO(s)能自发进行，则该反应的 H0 答案 C 解析 不能仅仅根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也 可能是自发进行的，A 项错误；自发进行的反应，其现象不一定非常明显，非自发反应的熵 不一定减小，B 项错误；根据反应 C(s)CO2(g)2CO(g)不能自发进行可知，该反应的 H TS0，又知该反应 S0，则该反应的

13、 H0，C 项正确；反应 2Mg(s)CO2(g)=C(s) 2MgO(s)能自发进行，则 HTS0，因 S0，则 H0，D 项错误。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 熵变与反应进行方向的关系 2下列过程的方向能用焓判据判断的是( ) A湿的衣服经过晾晒变干 B硝酸铵溶于水 C水蒸气凝结成水 DCaCO3(s)=CaO(s)CO2(g) H0 答案 C 解析 湿衣服晾晒变干是衣服中的水吸收能量变为水蒸气的过程，不能用焓判据判断；硝酸 铵溶于水为熵增加的过程，不能用焓判据判断；水蒸气凝结为水放出热量，可用焓判据判断； CaCO3分解为吸热反应，不能用焓判据判断。 考点 焓变和熵变与反

14、应进行方向的判断 题点 焓变与反应进行方向的关系 3下列对熵变的判断中不正确的是( ) A少量的食盐溶于水中：S0 B炭和氧气反应生成 CO(g)：S0 C气态水变成液态水：S0 DCaCO3(s)受热分解为 CaO(s)和 CO2(g)：S0 答案 C 解析 食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)O2(g)=2CO(g)，气体的物质的量增大，为 熵增加的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的 分解产生了气体，为熵增加的反应。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 熵变与反应进行方向的关系 4(2018 天津红桥区期中)25 和 1.01105

15、 Pa 时，反应：2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) H 56.7 kJ mol 1 能自发进行，其原因是( ) A该反应是吸热反应 B该反应是放热反应 C该反应是熵减小的反应 D熵增效应大于能量效应 答案 D 解析 根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据焓判据，该反应是吸热反应，不 能自发进行。事实上该反应能自发进行，说明熵增效应大于能量效应。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 反应中焓变、熵变大小的判断 5现有反应：2SO3(g)2SO2(g)O2(g) H0，下列有关说法正确的是( ) AH0 的化学反应一定不能自发进行 B该反应熵增大(即 S0) C该反应在任

16、何条件下一定能自发进行 D自发过程一定使体系的熵增大 答案 B 解析 H0 的化学反应也有能自发进行的，A 项错误；B 项正确；该反应只有在高温条件 下才能自发进行，C 项错误；自发过程也有使体系的熵减小的，D 项错误。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 反应中焓变、熵变大小的判断 6某温度下，反应 H2(g)I2(g)2HI(g)的平衡常数 K57.0，现向此温度下的真空容器中 充入 0.2 mol L 1 H 2(g)、 0.5 mol L 1 I 2(g)及 0.3 mol L 1 HI(g)， 则下列说法中正确的是( ) A反应正好达到平衡 B反应向左进行 C反应向某方向进行

17、一段时间后 K57.0 D反应向某方向进行一段时间后 c(H2)0.2 mol L 1 答案 D 解析 Q 0.3 mol L 12 0.2 mol L 10.5 mol L10.9，故 Q0，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)=C(s)1 2O2(g) b2N2O5(g)=4NO2(g)O2(g) c(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) dMgCO3(s)=MgO(s)CO2(g) (3)运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。 生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。C(s)

18、H2O(g)H2(g)CO(g) H 131.3 kJ mol 1， S133.7 J mol1 K1， 该反应在低温下_(填“能”或“不能”) 自发进行。 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。 (3)根据 GHTS0 为自发反应知，H131.3 kJ mol 1，S133.7 J mol1 K1 0.133 7 kJ mol 1 K1，解得在 T 131.3 kJ mol 1 0.133 7 kJ mol 1 K19

19、82.0 K 时该反应能自发进行， 由此可知该反应在低温下不能自发进行。 考点 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断 题点 反应进行方向判断的相关综合 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，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

20、正确；改变条件，可以使非自发过程转变为自发过程，D 项错误。 考点 自发过程和自发反应 题点 自发过程(或反应)的理解 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 考点 自发过程和自发反应 题点 自发过程的判断 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

21、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。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 焓变与反应进行方向的关系 4(2018 长沙调研)已知：(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)NH3(g) H74.9 kJ mol 1，下 列说法正确的是( ) 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 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，

22、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。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 熵变与反应进行方向的关系 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 kJ mol 1)的变化。

23、 关于该反应的下列说法中，正确的是( ) AH0，S0 BH0，S0 CH0，S0 DH0，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。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 反应中焓变、熵变大小的判断 6(2018 宜昌高二月考)“熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S”。下列变化中，S0 的是( ) A3Fe(s)4H2O(g)=Fe3O4(s)4H2(g) B2NO2(g)=N2O4(l) C2IBr(l)=I2(s)Br2(g) D(NH4)2CO3(s)=2NH3(g)CO2(g

24、)H2O(g) 答案 B 解析 选项 B 中的反应是由气体转化为液体，混乱度减小，S0。 考点 焓变和熵变与反应进行方向的判断 题点 反应中焓变、熵变大小的判断 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 kJ mol 1，|HTS|17 kJ mol1，则下列正确的是( ) AH0，HTS0 BH0，HTS0 CH0，HTS0 DH0，HTS0 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，

25、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。 考点 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断 题点 由自由能判断焓变、熵变的大小 8下列反应在任何温度下均能自发进行的是( ) A2N2(g)O2(g)=2N2O(g) H163 kJ mol 1 BAg(s)1 2Cl2(g)=AgCl(s) H127 kJ mol 1 CHgO(s)=Hg(l)1 2O2(g) H91 kJ mol 1 DH2O2(l)=1 2O2(g)H2O(l) H98 kJ mol 1 答案 D 解析 反应能自发进行的前提条件是反应的 HTS0，S0，

26、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， 即在任何温度下反应均能自发进行。 考点 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断 题点 由自由能判断反应进行的方向 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 J mol 1，

27、S6.61 J mol1 K1) ( ) 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 HTS 值的问题。HTS2 180.9 J mol 1273 K(6.61 J mol1 K1) 376.37 J mol 10 B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为该反应的 S0 C 一个反应的 H0，S0 反应一定不能自发进行 D H2(g)F2(g)=2HF(g)的 H271 kJ mol 1 S

28、8 J mol 1 K1 反应在任意温度下都不能自 发进行 答案 B 解析 物质由气态变为液态，混乱度减小，即 S0，A 项不符合题意；硝酸铵溶于水是吸 热的熵增加过程，S0，反应可自发进行，B 项符合题意；H0，S0，根据复合判据 可知，高温时 HTS0，即高温条件下，反应能自发进行，C 项不符合题意；由 H0， S0 知，HTS0，故该反应在任意温度下都能自发进行，D 项不符合题意。 考点 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断 题点 反应进行方向判断的相关综合 题组四 由浓度商和平衡常数判断平衡状态或反应进行方向 11在 1 000 K 时，已知反应 Ni(s)H2O(g)NiO(s)H

29、2(g)的平衡常数 K0.059，当水蒸 气和氢气的物质的量浓度相等时，此反应( ) A已达到平衡状态 B未达到平衡状态，反应正向进行 C未达到平衡状态，反应逆向进行 D无法确定 答案 C 解析 当水蒸气和氢气浓度相等时，Q1，K0.059，QK，反应逆向进行。 考点 化学平衡常数的概念及其应用 题点 化学平衡常数的应用(判断可逆反应的反应方向) 12已知反应 CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g) H43 kJ mol 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 xK1，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 K 1，可求得应满足 x0.9，QK，反应逆向进行。 考点 化学平衡常数的概念及其应用 题点 化学平衡常数的影响因素及应用