考点04 化学反应的方向-2022-2023学年上海市高二化学同步考点归纳与测试（沪科版2020选择性必修1）

考点04 化学反应的方向 【核心考点梳理】 判定一个化学反应在指定条件下能否发生或在什么条件下可能发生，这就是化学反应的方向问题。如果能从理论上找到一个化学反应发生方向的判据，人们就可以更科学地设计化学反应路线，避免盲目实验所造成的浪费，这对科学研究和生产实践都具有十分重要的意义。那么化学反应的方向与哪些因素有关呢？该如何判断？ 1. 化学反应的方向 自发反应 室温下冰块会逐渐融化，高处的物体会自然下落，这些都证明自然界中发生的变化具有一定的方向性，化学反应也具有方向性。例如，氢氧化钠与硫酸能反应生成硫酸钠和水，而硫酸钠和水不会自发地生成氢氧化钠和硫酸。暴露在潮湿空气中的铁会生锈，但在相同条件下铁锈却不能自发地变成铁。在给定条件下，能“自己”进行的化学反应称为自发反应。 二. 化学反应的方向与焓变 1. 化学反应的方向与焓变 自然界中许多自发进行的物理变化过程中均有着能量的变化，都是朝着系统能量降低的方向发生的。 吸热反应与放热反应 化学反应中同样也伴随着能量的变化。科学家曾分析了大量化学反应及其焓变后，认为决定化学反应能否自发进行的因素是反应的焓变，即放热反应可以自发进行，而吸热反应则不能自发进行。例如，下列反应都是放热反应，在一定条件下，均能自发进行： 2H2(g) + O2(g) =2H2O(l) 2Na(s) + Cl2(g) =2NaCl(s) 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g) =4Fe(OH)3(s) Δ H = —572 kJ· mol—1 Δ H = —822 kJ· mol—1 Δ H = —464 kJ· mol—1 2. 自发反应与熵 同时研究发现，有不少吸热过程或吸热反应也是自发过程。例如，硝酸铵溶于水是吸热的，但常温下能自发进行；碳酸钙分解是吸热反应，在常温条件下不能自发进行，但在高温下能自发进行。 CaCO3(s) =CaO(s) + CO2(g) Δ H(1 200 K) = 179 kJ· mol—1 显然，反应的焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一的因素。 （ 1） 高于 621 K： NH4Cl(s)= NH3(g) + HCl(g) （ 2） 高于 324 K： N2O4(g) =2NO2(g) （ 3） 常温下： Ba(OH)2· 8H2O(s) + 2NH4Cl(s) =BaCl2(s) + 2NH3(g) + 10H2O(l) 以上三个反应除了都是吸热反应，它们还有一个共同特点，那就是反应后气态生成物的分子数增加了。因为气态分子能在更大的空间范围运动，所以上述化学反应导致了系统内分子运动的混乱程度增大了。例如一副扑克牌，未开封时此时扑克牌的混乱程度最低，当打开打撒之后混乱程度大大增加，而对于化学反应而言， 3. 熵增与熵减 对于一个由大量粒子组成的系统，科学家运用熵这个物理量来描述系统的混乱或无序程度，用符号 S 表示。熵值越大，系统混乱程度越大。系统的状态发生变化，熵值也随之变化，变化前后熵的差值称为熵变，用 Δ S 表示，单位是 J· K—1· mol—1。化学反应也存在着熵变，反应过程的 Δ S 等于生成物的熵与反应物熵的差值。Δ S>0 为熵增反应，Δ S<0 为熵减反应，如水的分解就是熵增反应。 2H2O(l) =2H2(g) + O2(g)　Δ S = 57 J· K—1· mol—1 熵增加有利于反应的自发进行。许多熵增反应在常温. 常压下可以自发进行，有些反应则要在高温下才可以自发进行，如碳酸钙的分解反应。 CaCO3(s) = CaO(s)+CO2(g) Δ S = 160 J· K—1· mol—1 是不是只有熵增的反应才能自发进行呢？事实上有些熵减的反应在一定条件下也可以自发进行。例如：由此可见，熵变是反应能否自发进行的又一个因素，但与焓变一样，也不能作为化学反应方向的独立判据。 4Fe(OH)2(s) + 2H2O(l) + O2(g) = 4Fe(OH)3(s) Δ S = —278 J· K—1· mol—1 Fe2O3(s) + 2Al(s) = 2Fe(s) +Al2O3(s) Δ S = —38 J· K—1· mol—1 三. 焓变与熵变对反应方向的共同影响 在温度和压强一定的条件下，化学反应方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果。科学家经研究后指出，在温度和压强一定的条件下，可以将两个因素以能量的形式组合在一起，当非体积功为零时，可以用 Δ H — TΔ S 来判断化学反应自发进行的方向。即： Δ H —TΔ S < 0 Δ H —TΔ S = 0 Δ H —TΔ S > 0 反应能自发进行 反应达到平衡状态 反应不能自发进行 如果反应的焓变小于零，反