苏教版 化学反应原理 专题2 第二单元 第1课时 化学反应的方向

第二单元 第1课时 化学反应的方向
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 就可以 的过程。

(2)特点
①能量角度：体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部做功或者释放热量)。

②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从 自发转变为 的倾向。

2．自发反应
(1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。

(2)自发反应的特征
①具有 ，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。

②体系趋向于从 状态转变为 状态。

③体系趋向于从 体系转变为 体系。

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
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
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据(能量判据)
(1)放热反应过程中体系能量 ，因此具有 进行的倾向，科学家提出用 (能量变化)来判断反应进行的方向，这就是 (能量判据)。

(2)焓变与化学反应进行方向的关系
①多数放热反应是自发进行的。

例如燃烧反应、中和反应等。

②有不少吸热的反应也能自发进行。

如
NH 4HCO 3(s)＋CH 3COOH(aq)===CO 2(g)＋CH 3COONH 4(aq)＋H 2O(l) ΔH >0
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。

如 CaCO 3(g)=====高温
CaO(s)＋CO 2(g) ΔH >0
2．熵判据
(1)熵：用来量度体系 程度的物理量。

熵值越大， 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 ，即熵变(符号ΔS )＞零。

(3)熵判据：体系有自发地向混乱度 (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)熵变与化学反应进行方向的关系
①许多熵增的反应是自发的，如：2KClO 3=====MnO 2△
2KCl ＋3O 2↑； CaCO 3＋2HCl===CaCl 2＋H 2O ＋CO 2↑等。

②有些熵减的反应也可以自发进行，如：Ca(OH)2(aq)＋CO 2(g)===CaCO 3(s)＋H 2O(l)。

3．复合判据
(1)复合判据为体系的自由能变化(符号为ΔG ，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，ΔG ＝ΔH －T ΔS 。

(2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG ＝ΔH －T ΔS ＜0的方向进行，直到达平衡状态。

①当ΔH ＜0，ΔS ＞0时，ΔG ＜0，反应 自发进行。

②当ΔH ＞0，ΔS ＜0时，ΔG ＞0，反应 自发进行。

③当ΔH ＞0，ΔS ＞0或ΔH ＜0，ΔS ＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG ＝0，即反应达到平衡状态。

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)＋2H 2O(l)＋O 2(g)===4Fe(OH)3(s)
ΔH＝－444.3 kJ·mol－1ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1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(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的
例4已知吸热反应：2CO(g)===2C(s)＋O 2(g) ，设ΔH和ΔS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．任何温度下都能自发进行D．任何温度下都不能自发进行
例5回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH(填“>”“<”或“＝”，下同)0，ΔS0，在低温下，该反应(填“能”或“不能”)自发进行。

(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。

科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO==2CO2＋N2。

反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH(填“>”“<”或“＝”)0。

(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，则：
①该反应常温下(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。

(4)已知：CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)
ΔH＝218 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是。

(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS(填“>”或“<”)0
随堂检测
1．下列关于焓变和熵变的说法正确的是()
A．化学反应的焓变与反应的方向有关，化学反应的熵变与反应的方向无关
B．化学反应的焓变直接决定了化学反应的方向，化学反应的熵变不能决定化学反应的方向
C．焓变为负的反应都能自发进行，熵变为正的反应也都能自发进行
D．化学反应的焓变和熵变都不是决定化学反应能否自发进行的唯一因素
2．下列说法正确的是()
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ΔH＞0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH＞0
3．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D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH＞0
4．下列对熵变的判断中不正确的是()
A．少量的食盐溶于水中：ΔS＞0 B．炭和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0
C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0 5．在一定温度下，能够用于判断一个反应是不是自发过程的依据是()
A．只与焓变有关B．只与熵变有关
C．由焓变和熵变共同决定D．与焓变、熵变皆无关
6．25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝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
7．现有反应：2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)ΔH＞0，下列有关说法正确的是()
A．ΔH＞0的化学反应一定不能自发进行B．该反应熵增大(即ΔS＞0)
C．该反应在任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
8．回答下列问题：
(1)汽车燃油不完全燃烧时会产生CO ，有人设想按下列反应除去CO ：2CO(g)===2C(s)＋O 2(g)。

已知该反应的ΔH >0，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)。

a ．CO(g)===C(s)＋12
O 2(g) b ．2N 2O 5(g)===4NO 2(g)＋O 2(g) c ．(NH 4)2CO 3(s)===NH 4HCO 3(s)＋NH 3(g) d ．MgCO 3(s)===MgO(s)＋CO 2(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)＋H 2O(g) ===H 2(g)＋CO(g) ΔH ＝131.3
kJ·mol －1，ΔS ＝133.7 J·mol －1·K －1，该反应在低温下 (填“能”或“不能”)自发进行。

课后检测
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
2．(不定项)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
题组二 焓变和熵变与反应进行方向的判断
3．下列关于焓变的叙述中正确的是( )
A ．化学反应的焓变与反应的方向无关
B ．化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C ．焓变为正值的反应都是吸热反应
D ．焓变为正值的反应都能自发进行
4．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
5．已知：(NH 4)2CO 3(s)===NH 4HCO 3(s)＋NH 3(g) ΔH ＝74.9 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
6．已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是( )
A ．2Na(s)＋Cl 2(g)===2NaCl(s) ΔH <0
B ．
C 3H 8(g)＋5O 2(g)===3CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH <0
C ．2NH 4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH 3(g)＋CaCl 2(s)＋2H 2O(l) ΔH >0
D ．2Mg(s)＋O 2(g)===2MgO(s) ΔH <0
7．实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO 2转化为可利用的资源。

目前工业上有一种方法是用CO 2来生产燃料甲醇。

一定条件下发生反应：CO 2(g)＋
3H 2(g)CH 3OH(g)＋H 2O(g)，如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 ＞0
B ．ΔH ＞0，ΔS ＜0
C ．ΔH ＜0，ΔS ＜0
D ．ΔH ＜0，ΔS ＞0
8． “熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S ”。

下列变化中，ΔS ＜0的是( )
A ．3Fe(s)＋4H 2O(g)===Fe 3O 4(s)＋4H 2(g)
B ．2NO 2(g)===N 2O 4(l)
C ．2IBr(l)===I 2(s)＋Br 2(g)
D ．(NH 4)2CO 3(s)===2NH 3(g)＋CO 2(g)＋H 2O(g) 题组三 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断
9．反应：CH 3OH(l)＋NH 3(g)===CH 3NH 2(g)＋H 2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH |
＝17 kJ·mol －1，|ΔH －T ΔS |＝17 kJ·mol －1，则下列正确的是( )
A ．ΔH ＞0，ΔH －T ΔS <0
B ．ΔH <0，ΔH －T ΔS ＞0
C ．ΔH ＞0，ΔH －T ΔS ＞0
D ．ΔH <0，ΔH －T ΔS <0
10．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)＋12
Cl 2(g)===AgCl(s) ΔH ＝－127 kJ·mol －1 C ．HgO(s)===Hg(l)＋12
O 2(g) ΔH ＝91 kJ·mol －1 D ．H 2O 2(l)===12
O 2(g)＋H 2O(l) ΔH ＝－98 kJ·mol －1 11．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ΔH ＝－2 180.9 J·mol －1，ΔS ＝－6.61
J·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
A ．某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
B ．NH 4F 水溶液中含有HF ，因此NH 4F 溶液不能存放于玻璃试剂瓶中
C ．可燃冰主要是甲烷与水在低温高压下形成的水合物晶体，因此可存在于海底
D ．增大反应物浓度可加快反应速率，因此用浓硫酸与铁反应能增大生成H 2的速率
14．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N 2＋3H 2=2NH 3。

已知，在常温下，1 g H 2完全转化为NH 3，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ΔH －T ΔS ＜0，则该反应能够自发进行。

已知上述氨的合成反应的ΔS ＝
－198.2 J·mol －1·K －1，则其在常温下 (填“能”或“不能”)自发进行。

15．已知在100 kPa 、298.15 K 时石灰石分解的反应为CaCO 3(s)===CaO(s)＋CO 2(g) ΔH ＝
178.3 kJ·mol －1、ΔS ＝160.4 J·mol －1·K －1，回答下列问题。

(1)该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。

(2)据本题反应数据分析，温度 (填“能”或“否”)成为反应方向的决定因素。