高考化学一轮复习 专题8.2 化学反应的方向和限度(讲)(含解析)-人教版高三全册化学教案

专题8.2 化学反应的方向和限度
1、了解可逆反应的定义。

2、理解化学平衡的定义，掌握判断达到化学平衡状态的标志。

3、掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和
熵变判断化学反应的方向。

一、化学反应进行的方向
1、自发过程与自发反应
（1）含义
在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。

（2）特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。

②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。

（3）自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。

2、焓判据
（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。

如氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，其△H（298K）=－444.3kJ·mol—1
（2）部分吸热反应也能自发进行。

如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其△H（298K）= +37.30kJ·mol—1。

（3）有一些吸热反应在常温下不能自发进行，在较高温度下则能自发进行。

如碳酸钙的分解。

研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热
量越多，体系能量降低得也越多，反应越进行得越完全。

可见，反应的焓变是制
约化学反应能否自发进行的因素之一。

但是，反应焓变不是决定反应能否自发进行
的唯一依据。

3、熵判据
y
x
—、＋
—、— ＋、＋
＋、—
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ （1）熵：描述大量粒子混乱度的物理量，符号为S ，单位J·mol —1·K —1
，熵值越大，体
系的混乱度越大。

S(g)>S(l)>S(s)。

（2）化学反应的熵变．．（△S）：反应产物的总熵与反应物总熵之差。

（3）反应熵变与反应方向的关系
①多数熵增加的反应在常温常压下均可自发进行。

产生气体的反应、气体物质的量增加的反应，熵变都是正值，为熵增加反应。

②有些熵增加的反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下则可自发进行。

如碳酸钙的分解。

③个别熵减少的反应，在一定条件下也可自发进行。

如铝热反应的△S== —133.8 J·mol —1
·K —1
，在点燃的条件下即可自发进行。

化学反应的ΔS 越大，越有利于反应自发进行。

但不是唯一判据。

4、综合判据——吉布斯自由能判据
（1）在温度、压强一定的条件下，化学反应的方向的判据为： △G=△H—T△S＜0 反应能自发进行 △G=△H—T△S=0反应达到平衡状态 △G=△H—T△S＞0反应不能自发进行 （2）“四象限法”判断化学反应的方向。

在二维平面内建立坐标系，第Ⅰ象限的符号为“＋、＋”，第Ⅱ象限的符号为“＋、—”，第Ⅲ象限的符号为“—、—”，第Ⅳ象限的符号为“—、＋”。

借肋于数学坐标系四个象限的符号，联系焓变与熵变对反应方向的共同影响，可以从热力学的角度快速判断化学反应的方向。

反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。

该判据指出的是化学反应自发进行的趋势。

5、应用
（1）第
Ⅰ象限符号
为
△S ＜0 △H ＞0 所有温度下反应均不能自发
△S ＞0
△H ＜0 所有温度下均△S ＞0 △H ＞0 高温下反应自△S ＜0 △H ＜0 低温下反应自
“＋、＋”（△S＞0、△H＞0）时化学反应的方向——高温下反应自发进行
【典型例题1】某反应：A ⇌B+C 在低温下不能自发进行，在高温下能自发进行，对该反应过
程△H 、△S 的判断正确的是（ ） A ．△H ＜0、△S ＜0 B ．△H ＞0、△S ＜0 C ．△H ＜0、△S ＞0 D ．△H ＞0、△S ＞0 【答案】D
考点：化学反应方向的判断
（2）第Ⅱ象限符号为“＋、—”（△S＞0、△H＜0）时化学反应的方向——所有温度下反应均能自发进行
【典型例题2】分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是( )
A ．2N 2(g)＋O 2(g)===2N 2O(g)ΔH ＝＋163 kJ·mol －1
B ．Ag(s)＋21
Cl 2(g)===AgCl(s)ΔH ＝－127 kJ·mol －1
C ．HgO(s)===Hg(l)＋21
O 2(g) ΔH ＝＋91 kJ·mol －1
D ．H 2O 2(l)=== 21
O 2(g)＋H 2O(l) ΔH ＝－98 kJ·mol －1
【答案】D 【解析】
试题分析：A 、反应是吸热反应△H ＞0，△S ＜0，任何温度下都不能自发进行，故A 错误；B 、
反应是放热反应△H ＜0，△S ＜0，高温下不能自发进行，故B 错误；C 、反应是吸热反应△H ＞0，△S ＞0，低温下不能自发进行，故C 错误；D 、反应是放热反应△H ＜0，△S ＞0，任何温度下都能自发进行，故D 正确；故选D 。

考点：考查焓变和熵变
（3）第Ⅲ象限符号为“—、—”（△S＜0、△H＜0）时化学反应的方向——低温下反应可
【典型例题3】常温下氢氧化亚铁与空气中的氧气及水有可能发生反应，即：4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH)3(s)，已知该反应在298K时的△H=-444.3 kJ·mol—１，△S=-280.1 J·mol—1·K—1
试问该反应在常温下是否自发进行？
（4）第Ⅳ象限符号为“—、＋”（△S＜0、△H＞0）时化学反应的方向——所有温度下反应均不能自发进行
【典型例题4】CO(g)＝C(s，石墨)＋1
2
O2(g)，其△H＝110.5 kJ·mol—１
△S=-89.36J·mol—1·K—1，试判断该反应在298Ｋ和2000Ｋ时反应是否自发进行？【解析】298Ｋ时，△H—Ｔ△S＝110.5 kJ·mol—１—298Ｋ×10—3×（—89.36kJ·mol—1·K—1) ==137.13 kJ·mol—１＞0，故２９８Ｋ时反应不能自发进行。

2000Ｋ时，△H-Ｔ△S＝110.5 kJ·mol-1—2000Ｋ×10—3×（—89.36kJ·mol—1·K—1) ==289.22kJ·mol—１＞0，故2000Ｋ时，反应也不能自发进行。

事实上，△S＜0、△H＞0时，仅从符号上进行分析，无论温度如何变化，恒有△H—Ｔ△S＞０，故化学反应的方向——所有温度下反应均不能自发进行。

【点评】从以上四个象限的情况来看，交叉象限的情况相反相成，第Ⅰ象限（高温下反应自发进行）和第Ⅲ象限（低温下反应自发进行）相反相成，第Ⅱ象限（所有温度下均可自发进行）和第Ⅳ象限（所有温度下反应均不能自发进行）相反相成。

分析化学反应的方向的热力学判据是△H—T△S＜0，而这个判据是温度、压强一定的条件下反应自发进行的趋势，并不能说明反应能否实际发生，因为反应能否实际发生还涉及动力学问题。

二、化学平衡状态的建立
1、可逆反应：
在相同条件下同时向正、反两个方向进行的反应称为可逆反应。

（2）特点
①二同：a.相同条件下；b.正、逆反应同时进行。

②一小：反应物与生成物同时存在；任一组分的转化率都小于(填“大于”或“小于”)100%。

（3）表示
可逆反应化学方程式中用“”表示。

2、化学平衡状态
（1）概念：在一定条件下可逆反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，这种状态称为化学平衡状态，简称化学平衡。

（2）特征：
①逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。

②等：V（正）==V（逆）≠0
③动：化学平衡是动态平衡。

虽然V（正）==V（逆），但正、
逆反应仍在进行。

④定：反应物和生成物的浓度保持一定。

⑤变：外界条件改变，平衡也随之改变。

3、化学平衡状态的判断（标志）
（1）本质标志
v(正)＝v(逆)≠0。

对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。

（2）等价标志
①全是气体参加的体积可变反应，体系的压强不随时间而变化。

例如：N2＋3H22NH3。

②体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的量分数保持不变。

③全是气体参加的体积可变反应，体系的平均相对分子质量不随时间变化。

例如：
2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)。

④对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。

⑤对于有颜色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化，如
2NO2(g) N2O4(g)。

⑥体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。

【典型例题5】【百强校·2016届西安市铁一中12月月考】可以证明可逆反应N2 + 3H22NH3已达到平衡状态的是（）
①一个N≡N断裂的同时，有3个H－H键断裂；②一个N≡N键断裂的同时，有6个N
－H键断裂；③其它条件不变时，混合气体平均相对分子质量不再改变；④恒温恒容时，体系压强不再改变；⑤NH3、N2、H2的体积分数都不再改变；⑥恒温恒容时，混合气体的密度保持不变；⑦正反应速率v(H2) = 0．6 mol/(L·min)，逆反应速率v(NH3) = 0．4 mol/(L·min)
A．全部 B．①③④⑤ C．②③④⑤⑦ D．③⑤⑥⑦
【答案】C
【考点定位】本题主要是考查化学平衡状态的判断
【点评】判断化学平衡状态的关键明确平衡状态的含义和判断依据，在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，简单说就是变量不再发生变化即可说明达到平衡状态。

该题需要注意方程式中气体的化学计量数关系，注意平衡时的浓度关系、
物质的量关系不能作为判断是否平衡的依据。

【迁移训练1】【山东滕州一中2016届10月月考】在恒温恒容的密闭体系中，可逆反应：A(s)＋2B(g) 2C(g)；ΔH<0，不能作为该反应达到化学平衡的标志的是
（）
①v正(B)＝v逆(C) ②n(B)∶n(C)＝1∶1 ③容器内压强不再改变④容器内气体的密
度不再改变⑤容器内混合气体的平均相对分子质量不再改变
A．②③④⑤ B．②③ C．①③④ D．全部
【答案】B
考点：化学平衡的标志
考点一：化学平衡状态的判断——“两审”“两标志”突破化学平衡状态标志的判断
1、“两审”
一审题干条件，是恒温恒容还是恒温恒压；二审反应特点：①全部是气体参与的等体积反应还是非等体积反应；②有固体参与的等体积反应还是非等体积反应。

2、“两标志”
（1）本质标志
v正＝v逆≠0。

对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。

（2）等价标志
①全部是气体参加的气体体积可变的反应，体系的压强、平均相对分子质量不再随时间
而变化。

例如，N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。

②体系中各组分的物质的量浓度、体积分数、物质的量分数保持不变。

③对同一物质而言，断裂的化学键的物质的量与形成的化学键的物质的量相等。

④对于有有色物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化。

例如，
2NO2(g)N2O4(g)。

⑤体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。

【注意】不能作为“标志”的四种情况
（1）反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比。

（2）恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化，如2HI(g) H2(g)＋I2(g)。

（3）全是气体参加体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化，
如2HI(g) H2(g)＋I2(g)。

（4）全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变
【典型例题6】【百强校·2016届三明一中第二次月考】在一定温度下，容积一定的密闭容器中发生反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)，当下列物理量不再发生变化时，表明反应已达平衡的是（）
①混合气体的密度②混合气体的压强③B的物质的量浓度④混合气体的总物质的量
A．①②B．①③C．②③D．①④
【答案】B
【考点定位】本题主要是考查化学平衡状态的判断
【点评】判断化学平衡状态的方法——“逆向相等，变量不变”：(1)“逆向相等”：反应速率必须一个是正反应的速率，一个是逆反应的速率，且经过换算后同一种物质的减少速率和生成速率相等。

(2)“变量不变”：如果一个量是随反应进行而改变的，当不变时为平衡状态；一个随反应的进行保持不变的量，不能作为是否是平衡状态的判断依据。

【迁移训练2】【百强校·2016届山西大学附中12月月考】在一定温度下可逆反应N2+3H2 2NH3已达到平衡，下列有关说法正确的（）
① 1个N≡N键断裂的同时，有3个H—H键形成
②反应混合物中各组分的体积分数保持不变
③恒温恒容时，容器内的压强不再改变
④ 1个N≡N键断裂的同时，有3个N—H 键形成
⑤ NH3生成的速率与NH3分解的速率相等
⑥单位时间生成n molN2，同时生成2n molNH3
⑦气体的平均相对分子质量不再改变
⑧ N2 H2 NH3的分子数一定为1∶3∶2
⑨恒温恒容时，气体的总物质的量不再改变
⑩恒温恒压时，容器内的密度不再改变
A、①②③④⑤⑥⑦⑨
B、①②③⑤⑥⑩
C、③④⑤⑥⑦⑧
D、①②③⑤⑥⑦⑨⑩【答案】D
考点：考查化学平衡状态的判断 考点二：化学反应方向的判断
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
【典型例题6】下列对化学反应预测正确的是 （ ）
【答案】B
【考点定位】本题考查了反应自发进行的判断
【点评】熟悉熵变与焓变与反应自发进行关系是解题关键，在等温、等压条件下，化学反应
的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的．化学反应自发进行的最终判据是吉布斯自由能变，自由能一般用△G 来表示，且△G=△H-T △S ，当△G=△H-T △S ＜0时，反应向正反应方向能自发进行；当△G=△H-T △S=0时，反应达到平衡状态；当△G=△H-T △S ＞0时，反应不能向正反应方向自发进行，答题时注意灵活应用。

【迁移训练3】分析下列反应在任何温度下均能自发进行的是 （ ）
A ．2N 2(g)＋O 2(g)===2N 2O(g) ΔH ＝＋163 kJ·mol －1
B ．H 2O 2(l)===12O 2(g)＋H 2O(l) ΔH ＝－98 kJ·mol －1
C ．HgO(s)===Hg(l)＋12
O 2(g) ΔH ＝＋91 kJ·mol －1
D ．Ag(s)＋12Cl 2(g)===AgCl(s) ΔH ＝－127 kJ·mol －1
【答案】B 【解析】
试题分析：A 、2N 2(g)＋O 2(g)===2N 2O(g) ΔH ＝＋163 kJ·mol －1
，该反应是体系混乱程度减
小的吸热反应，
考点：考查反应可以自发性进行的判断的知识。