知识点总结1 化学反应的方向和限度

知识点1·化学反应的方向和限度

一、 化学反应的方向

（一）相关概念

（1）自发过程：在一定温度和压强下，不需借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。

（2） 自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应，称为自发反应。

注：自发自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应。但自发反应一定是自发过程。 （3） 自发反应与非自发反应

注：a. 自发反应与非自发反应是可以相互转化的，某一条件下的自发反应在另一条件下可能是非自发反应。如常温下，2NO + O 2 == 2NO 2是自发反应；高温下，其逆反应是自发反应。

b. 大部分自发反应在常温常压下即可自发进行且进行完全，如酸碱中和反应等。但在一定条件下才能进行的反应也可能是自发反应，如氢气的燃烧需要点燃，但属于自发反应，所以自发反应与反应条件无必然联系。

例1-1： 过程的自发性的作用是（ A ）

A. 判断过程的方向

B. 确定过程是否一定发生

C. 判断过程发生的速率

D. 判断过程的热效应 例1-2： 下列过程是非自发的是（ D ）

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. 室温下水结成冰

（二）化学反应方向的判据 1. 反应焓变与反应方向

2. 反应熵变与反应方向

（1）熵

① 熵：在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，这种推动体系变化的因素称为熵。符号：S ，单位：J ·mol -1·K -1或J/(mol ·K)。

② 实质：熵是衡量体系混乱度大小的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量，是物质的一个状态函

数。熵值越大，体系的混乱度越大。

③ 影响熵（S ）大小的因素

a. 同一条件下，不同的物质熵值不同。

b. 同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一物质而言：S(g) ＞ S(l) ＞ S(s)。

c. 与物质的量的关系：物质的量越大，分子数越多，熵值越大。 （2）熵变

① 熵变：反应前后体系熵的变化称为熵变，符号为：△S ，单位为：J ·mol -1·K -1或J/(mol ·K)。 反应熵变（△S ）=生成物总熵（S 产物） – 反应物总熵（S 反应物） ② 熵变大小规律

对于有气体参与的化学反应（气体参与反应时，气体既可以是反应物也可以是产物），气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增大的反应；反之，气态物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减小的反应。

例1-3：下列变化过程，△S ＜0的是（ B ）

A. 氯化钠溶于水中

B. NH 3(g)与HCl(g)反应生成NH 4Cl(s)

C. 干冰（CO 2）的升华

D. CaCO 3(s)分解为CaO(s)和CO 2(g) （3）熵判据

① 熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程的体系倾向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。

在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。即体系有自发地向混乱度增加（即熵增）的方向转变的倾向。 ② 自发反应与熵变的关系

a. 产生气体的反应或气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。例如： 2H 2O 2(aq) === 2H 2O(l) + O 2(g) △S = +57.16 J ·mol -1·K -1

NH 4HCO 3(S) + CH 3COOH(aq) === CH 3COONH 4(aq) + CO 2(g) + H 2O(l) △S = +184.0 J ·mol -1·K -1 b. 有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高的温度下可以自发进行。例如： CaCO 3(S) === CaO(s) + CO 2(g) △S = +169.6 J ·mol -1·K -1

C(石墨，s) + H 2O(g) === CO(g) + H 2(g) △S = +133.8 J ·mol -1·K -1 c. 铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。

2Al(s) + Fe 2O 3

(s) === Al 2O

3(s) + 2Fe(s) △S = -39.4 J ·mol -1·K -1

③ 结论：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。因此，只根据熵变来判断反应进行的方向是不全面的。

注：焓变和熵变都与反应的自发性有关，但又都不能独立用来判断反应的自发性，只有综合考虑体系的焓变和熵变，才能正确判断反应进行的方向。

例1-4：有关化学反应方向的判断，下列说法中正确的是（ C ） A. 放热反应均是自发进行的

B. 吸热且熵增加的反应，当温度升高时，反应一定能自发进行

C. 放热且熵增加的反应一定是自发反应

D. △S 为正值的反应均是自发反应 例1-5:25 ℃和1.01×105 Pa 时，反应2N 2O 5(g) === 4NO 2(g) + O 2(g) △H= +56.7 kJ/mol 能自发进行，其原因是（ D ） A. 该反应是吸热反应 B. 该反应是放热反应

C. 该反应时熵减小的反应

D. 该反应的熵增效应大于能量效应

3. 复合判据

过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。综合考虑焓判据和熵判据的复合判据，将更适用于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。

在恒温恒压条件下，化学反应的方向是由化学反应的焓变和熵变共同决定的，反应方向的判据为：

△H - T △S ＜0，反应能自发进行； △H - T △S ＞0，反应不能自发进行； △H - T △S = 0，反应达到平衡状态。