第1节 化学反应的方向（同步讲义）化学鲁科版2019选择性必修1

第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1节 化学反应的方向 教学目标 1.通过对日常生活中自发进行的过程的认知，知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2．认识焓判据和熵判据的局限性，会用ΔH－TΔS判断反应正向自发进行的趋势。 重点和难点 重点：用焓变与熵变综合判断反应方向。 难点：用ΔH－TΔS判断反应能否正向自发。 ◆知识点一 反应焓变与反应方向 1．自发过程与自发反应 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不借助外部力量就能 的过程 在给定的条件下，可以 到显著程度的化学反应 特征 具有 ，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 2．反应焓变与反应方向的关系 (1)多数能自发进行的化学反应是ΔH<0的反应。 (2)有些ΔH>0的反应也能自发进行。 (3)不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。 即学即练 1．下列关于自发过程的叙述正确的是(　　) 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 ◆知识点二 反应熵变与反应方向 1．熵 (1)概念：描述体系 的一个物理量，符号为S，单位是J·mol－1·K－1。 (2)特点：体系 越大，体系的熵值就越大。 (3)影响因素 ①同一物质：S(高温)＞S(低温)，S(g)＞S(l)＞S(s)。 ②不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值 。 ③S(混合物)＞S(纯净物)。 2．反应熵变 （1）概念：反应 的总熵与 的总熵之差。 （2）计算式：ΔS=S(反应产物）-S(反应物） （3）嫡增加反应：产生气体、气体物质的量增大的反应 3．反应熵变与反应方向 (1)二者关系 自发进行的化学反应大多数是嫡 的反应，也有些是嫡 的反应。 (2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否 进行。 【特别提醒】【特别提醒】熵变正负的判断 (1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。 (2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。 (3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。 即学即练 1．在图①中A、B两个容器里，分别收集着两种不同的理想气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即都占有了两个容器(如图②)。下列关于此过程的说法错误的是(　　) A．此过程是体系从混乱程度小向混乱程度大变化的过程，即熵增大的过程 B．此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出 C．此过程从有序到无序，混乱度增大 D．此过程是自发可逆的 ◆知识点三 用焓变与熵变综合判断反应方向 1．综合判断 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为 。 (1)判断方法 ΔH－TΔS＜0 反应正向 进行 ΔH－TΔS=0 反应达到 ΔH－TΔS>0 反应正向 进行 (2)文字表述 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。 2．用ΔG＝ΔH－TΔS判断反应自发进行的可能性（假设反应的焓变、熵变不随温度的改变而变化） 化学反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1) ΔG的大小 能否正向自发进行 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) －78.03 ＋494.4 ΔG一定小 于0 任何温度下都 正 向自发进行　　　 CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g) ＋110.5 －89.4 ΔG一定 大于0 任何温度下都 正向自发进行　　 4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=== 4Fe(OH)3(s) －444.3 －280.1 低温时 ΔG＜0 低温下 正向自发进行　　 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6 高温时 ΔG＜0 高温下 正向自发进行　　 3．ΔH－TΔS判据的局限性 (1)只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。 (2)只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下反应正向自发进行的趋势，并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生。 即学即练 1．下列叙述不正确的是(　　) A．混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行 B．在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行 C．碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行 D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行 一、化学反应的方向的判断 1.自由能 ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。ΔG单位：kJ·mol－1。T：开尔文温度，单位K。 2.反应方向与自由能的关系 化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。 ①当ΔG＜0时，反应能自发进行； ②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。 类型 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应的自发性 1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发 2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发 3 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发 4 >0 >0 高温能自发 实践应用 1．反应：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下才能自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，该温度下|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列选项正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0 C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0 考点一 考查自发过程 【例1】下列过程属于非自发的是(　　) A.水由高处向低处流 B.室温下水结成冰 C.气体从高密度处向低密度处扩散 D.煤气的燃烧 【变式1-1】下列反应或过程没有自发性的是(　　) A.高温下，煅烧石灰石 B.常温下，水分解成氢气与氧气 C.双氧水在MnO2催化作用下分解 D.常温下，冰融化为水 考点二 焓变、熵变的判断 【例2】下列诗词中，包含ΔH>0、ΔS>0的化学变化的是(　　) A.日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川 B.千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲 C.春蚕到死丝方，蜡炬成灰泪始干 D.美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来 【变式2-1】下列有关水汽变成雨的过程中焓变和熵变的判断正确的是(　　) A.ΔH<0，ΔS<0 B.ΔH<0，ΔS>0 C.ΔH>0，ΔS>0 D.ΔH>0，ΔS<0 考点三 化学反应方向的判断 【例3】化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是(　　) A.反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔS>0 B.ΔH<0或ΔS>0的反应一定能自发进行 C.1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(g)]<S[H2O(s)] D.ΔS＞0、ΔH>0的反应能否自发进行与温度有关 【变式3-1】下列对于化学反应方向说法正确的是(　　) A.常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 B.4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(g)===4Fe(OH)3(s)的ΔH<0，常温常压下能自发进行，对该反应的方向起决定作用的是温度 C.反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，则该反应的ΔH>0 D.一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0 考点四 自由能(ΔG)与反应进行的方向 【例4】2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋90.8 kJ·mol－1　ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？________(填标号)。 A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃ 解题要点：利用自由能公式计算反应自发进行的最低温度 若题目提供了ΔH和ΔS的数据，可利用ΔG＝ΔH－TΔS<0，来计算反应自发进行的最低温度。计算时要注意以下两点： (1)给出的ΔH的单位通常为kJ/mol，ΔS的单位通常为J/(mol·K)，进行计算时要将二者的单位统一，即将ΔS的单位换算为kJ/(mol·K)或将ΔH的单位换算为J/mol，再代入数值进行计算。 (2)温度用绝对温度K，而不能用℃，其中T＝(273＋t) K。 【变式4-1】在电子工业中，清洗硅片上的SiO2(s)的反应是SiO2(s)＋4HF(aq)===SiF4(g)＋2H2O(g)　ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ/mol　 ΔS(298.15 K)＝－75.8 J/(mol·K) 设ΔH和ΔS不随温度变化，则此反应能自发进行的最高温度大约为多少K? ①1.24×106 K　②1.24×103 K　③3.36×103 K　④2.48×103 K 基础达标 1．下列说法不正确的是(　　) A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 B．某吸热反应能自发进行，则该反应是熵增反应 C．碳酸铵[2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量 D．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)是一个熵减反应 2.关于反应3O2(g)===2O3(g)，反应过程中能量的变化如图所示，下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是(　　) A.ΔH＜0　ΔS＜0 B.ΔH＞0　ΔS＜0 C.ΔH<0　ΔS>0 D.ΔH＞0　ΔS＞0 3.下列说法正确的是(　　) A.能自发进行的反应一定能迅速发生 B.NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 C.NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH>0，该反应在高温下能自发进行 D.加入合适的催化剂能改变反应的焓变，使非自发反应转化为自发反应 4.下列内容与结论相对应的是(　　) 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l) ΔS＞0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 该过程的ΔS＞0 C 一个反应的ΔH＞0、ΔS＞0 反应一定不能自发进行 D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol－1，ΔS＝8 J·mol－1·K－1 反应在任意温度下都不能自发进行 5．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 6．以下反应均为自发反应，其中不能用焓变解释的是(　　) A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH＜0 B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＜0 C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)　ΔH＞0 D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s)　ΔH＜0 7．水结冰的过程的焓变和熵变正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔS＜0 B．ΔH＜0，ΔS＞0 C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔS＜0 8．下列关于化学反应的焓变的叙述中，正确的是(　　) A．化学反应的焓变与反应的方向性无关 B．化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C．焓变为正的反应都是吸热反应 D．焓变为正的反应都能自发进行 综合应用 9.二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一，也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法中正确的是(　　) A.步骤一中生成CaCO3的反应为吸热反应 B.步骤一中反应的ΔS>0 C.步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应 D.步骤二的反应能否自发进行，与温度有关 10.在一定条件下，对于反应mA(g)＋nB(g)cC(g)＋dD(g)，C物质的浓度(C%)与温度、压强的关系如图所示，下列判断正确的是(　　) A.ΔH<0　ΔS>0 B.ΔH>0　ΔS<0 C.ΔH>0　ΔS>0 D.ΔH<0　ΔS<0 11．研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是(　　) A．ΔH<0、ΔS>0的反应在低温时不能自发进行 B．在其他外界条件不变的情况下，汽车排气管中使用催化剂，可以改变产生尾气的反应的方向 C．反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 D．高温下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)能自发进行，则其ΔH>0、ΔS>0 12．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 13．反应：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下才能自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，该温度下|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列选项正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0 C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0 14. 汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，在298 K、100 kPa下，ΔH＝－113 kJ·mol－1、 ΔS＝－145 J·mol－1·K－1。下列说法中错误的是(　　) A．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B．该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂 C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率 D．汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒 拓展培优 15.根据下列图示所得结论正确的是(　　) A.图甲是I2＋I－I中I的平衡浓度随温度变化的曲线，说明平衡常数K(T1)<K(T2) B.图乙是镁条与盐酸反应的化学反应速率随时间变化的曲线，说明t1时刻溶液的温度最高 C.图丙中已知反应：mA(g)nB(g)＋pC(g)　ΔH＝a kJ·mol－1(c表示A的浓度)，则可推断：T1、T3均未达平衡状态 D.图丁中已知反应aA(g)＋bB(g)cC(g)[α(A)表示平衡转化率]；若T1>T2，则该反应能自发进行 16.下列反应及其自由能与温度的关系如下图所示： Ⅰ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－116 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41 kJ·mol－1 Ⅲ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3 下列说法错误的是(　　) A.反应Ⅱ在T<427 K时，能自发进行 B.相同温度下，ΔG(Ⅰ)<ΔG(Ⅱ)的主要原因可能是ΔH1<ΔH2 C.ΔH3＝－75 kJ·mol－1 D.400 K时，平衡常数K(Ⅲ)＝K(Ⅰ)－K(Ⅱ) 17.室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应：①M＋N===X＋Y；②M＋N===X＋Z。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图所示。 (1)0～30 min时间段内，Y的平均反应速率为________。 (2)其中，反应①的速率可以表示为v1＝k1c2(M)，反应②的速率可以表示为v2＝k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。下列说法正确的是________。 A.反应开始后，系统中Y和Z的浓度之比保持不变 B.如果反应能进行到底，则反应结束时40.0%的M能转化为Z C.该温度下，两个反应的ΔH与ΔS一定都小于0 D.该温度下，两个反应ΔH－TΔS<0 18．已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。 (1)已知2CO(g)CO2(g)＋C(s)，T＝980 K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS________(填“大于”“小于”或“等于”，下同)0；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS____0。 (2)电子工业中清洗硅片上SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g)　ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1、ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是________。 19．地下水中的氮污染主要是由NO引起的，人们对NO的转化进行了长时间的研究，目前主要有物理方法、化学方法和生物方法，其中化学方法主要包含活泼金属还原法和催化反硝化法。催化反硝化法是一种经济可行的脱氮方法，其原理是在Pd/Cu双金属催化剂作用下，H2将硝酸盐还原成氮气：2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O。 (1)下列说法错误的是________(填字母)。 A．氮肥NH4NO3溶于水的过程中熵值增大 B．在酸性条件下，活泼金属与NO反应属于自发反应 C．Pd/Cu双金属催化剂是该反应是否能自发发生的决定因素 (2)已知：2NO(aq)＋5H2(g)N2(g)＋2OH－(aq)＋4H2O(l)的ΔH＝＋a kJ·mol－1，ΔS＝＋b J· mol－1·K－1(a、b均为正值)，该反应____________(填“能”“不能”或“无法判断是否能”)自发进行。 20. 回答下列问题： (1)催化剂在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，ΔS________0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)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。 ①常温下，该反应________(填“能”或“不能”，下同)自发进行。 ②据本题反应数据分析，温度________成为反应进行方向的决定因素。 (3)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________。 (4)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第1节 化学反应的方向 教学目标 1.通过对日常生活中自发进行的过程的认知，知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。 2．认识焓判据和熵判据的局限性，会用ΔH－TΔS判断反应正向自发进行的趋势。 重点和难点 重点：用焓变与熵变综合判断反应方向。 难点：用ΔH－TΔS判断反应能否正向自发。 ◆知识点一 反应焓变与反应方向 1．自发过程与自发反应 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不借助外部力量就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应 特征 具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 2．反应焓变与反应方向的关系 (1)多数能自发进行的化学反应是ΔH<0的反应。 (2)有些ΔH>0的反应也能自发进行。 (3)不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行。 即学即练 1．下列关于自发过程的叙述正确的是(　　) 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项正确；改变条件，可以使某些非自发过程转变为自发过程，D项错误。 ◆知识点二 反应熵变与反应方向 1．熵 (1)概念：描述体系无序程度的一个物理量，符号为S，单位是J·mol－1·K－1。 (2)特点：体系无序程度越大，体系的熵值就越大。 (3)影响因素 ①同一物质：S(高温)＞S(低温)，S(g)＞S(l)＞S(s)。 ②不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大。 ③S(混合物)＞S(纯净物)。 2．反应熵变 （1）概念：反应产物的总熵与反应物的总熵之差。 （2）计算式：ΔS=S(反应产物）-S(反应物） （3）嫡增加反应：产生气体、气体物质的量增大的反应 3．反应熵变与反应方向 (1)二者关系 自发进行的化学反应大多数是嫡增加的反应，也有些是嫡减小的反应。 (2)结论：不能仅用反应熵变来判断反应能否自发进行。 【特别提醒】【特别提醒】熵变正负的判断 (1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，熵变为正值，是熵增加的过程。 (2)气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。 (3)气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。 即学即练 1．在图①中A、B两个容器里，分别收集着两种不同的理想气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即都占有了两个容器(如图②)。下列关于此过程的说法错误的是(　　) A．此过程是体系从混乱程度小向混乱程度大变化的过程，即熵增大的过程 B．此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出 C．此过程从有序到无序，混乱度增大 D．此过程是自发可逆的 【答案】D 【解析】由题意可知，此过程为不伴随能量变化的自发过程，是体系混乱度增大的过程。自发过程是不可逆的。 ◆知识点三 用焓变与熵变综合判断反应方向 1．综合判断 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH－TΔS。 (1)判断方法 ΔH－TΔS＜0 反应正向能自发进行 ΔH－TΔS=0 反应达到平衡状态 ΔH－TΔS>0 反应正向不能自发进行 (2)文字表述 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行，直至达到平衡状态。 2．用ΔG＝ΔH－TΔS判断反应自发进行的可能性（假设反应的焓变、熵变不随温度的改变而变化） 化学反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·mol－1·K－1) ΔG的大小 能否正向自发进行 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) －78.03 ＋494.4 ΔG一定小 于0 任何温度下都能正 向自发进行　　　 CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g) ＋110.5 －89.4 ΔG一定 大于0 任何温度下都不能 正向自发进行　　 4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)=== 4Fe(OH)3(s) －444.3 －280.1 低温时 ΔG＜0 低温下能正向自发进行　　 CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ＋178.2 ＋169.6 高温时 ΔG＜0 高温下能正向自发进行　　 3．ΔH－TΔS判据的局限性 (1)只能用于判断等温、等压条件下的反应，不能用于判断其他条件(如等温、等容)下的反应。 (2)只能用于判断等温、等压及除了体积功以外不做其他功条件下反应正向自发进行的趋势，并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生。 即学即练 1．下列叙述不正确的是(　　) A．混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行 B．在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行 C．碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行 D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行 【答案】D 【解析】混乱度减小的吸热反应是ΔS＜0、ΔH>0的反应，该反应的ΔH－TΔS>0，一定不能自发进行，故A正确；自发反应有向ΔG＜0的方向进行的趋势，即温度、压强一定时，ΔG＝ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，故B正确；碳酸氢钠加热可以分解，即升高温度反应能自发进行，由于该反应生成的气体增多，ΔS>0，所以升高温度利于熵增的方向自发进行，故C正确；水结冰的过程是熵减的放热过程，通常情况下不能自发进行，但降温时该过程能自发进行，故D错误。 一、化学反应的方向的判断 1.自由能 ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。ΔG单位：kJ·mol－1。T：开尔文温度，单位K。 2.反应方向与自由能的关系 化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。 ①当ΔG＜0时，反应能自发进行； ②当ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ③当ΔG＞0时，反应不能自发进行。 类型 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应的自发性 1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发 2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发 3 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发 4 >0 >0 高温能自发 实践应用 1．反应：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下才能自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，该温度下|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列选项正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0 C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0 【答案】A 【解析】该反应在某温度下能够自发向右进行，这说明ΔH－TΔS一定小于0，根据化学方程式可知该反应的ΔS＞0，所以如果ΔH＜0，则该反应在任何温度下都是自发进行的，而该反应在某温度下才能够自发向右进行，因此该反应的ΔH＞0。 考点一 考查自发过程 【例1】下列过程属于非自发的是(　　) A.水由高处向低处流 B.室温下水结成冰 C.气体从高密度处向低密度处扩散 D.煤气的燃烧 【答案】B 【解析】B项，室温下冰的融化是自发过程，其逆向室温下水结成冰是非自发的。 【变式1-1】下列反应或过程没有自发性的是(　　) A.高温下，煅烧石灰石 B.常温下，水分解成氢气与氧气 C.双氧水在MnO2催化作用下分解 D.常温下，冰融化为水 【答案】B 【解析】煅烧石灰石的反应是一个熵增焓增的反应，高温下可自发进行，A不符合题意；水分解成氢气与氧气的反应不能自发进行，在外接电源的作用下电解，B项符合题意；双氧水在MnO2催化作用下自发分解，C不符合题意；常温下，冰融化为水为自发过程，D不符合题意。 考点二 焓变、熵变的判断 【例2】下列诗词中，包含ΔH>0、ΔS>0的化学变化的是(　　) A.日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川 B.千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲 C.春蚕到死丝方，蜡炬成灰泪始干 D.美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来 【答案】B 【解析】A项，香炉峰在阳光的照射下生起紫色烟霞，远远望见瀑布似白色绢绸悬挂在山前，由此可见没有发生化学变化；B项，发生反应CaCO3CaO＋CO2↑，该反应吸热，气体物质的量增大，ΔH>0、ΔS>0；C项，石蜡燃烧生成二氧化碳和水，石蜡燃烧为放热反应，ΔH<0；D项，黄金是从沙中淘来的，没有发生化学反应。 【变式2-1】下列有关水汽变成雨的过程中焓变和熵变的判断正确的是(　　) A.ΔH<0，ΔS<0 B.ΔH<0，ΔS>0 C.ΔH>0，ΔS>0 D.ΔH>0，ΔS<0 【答案】A 【解析】水汽变成雨的过程中放热，ΔH<0，气体变成液体，混乱度减小，ΔS<0。 考点三 化学反应方向的判断 【例3】化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是(　　) A.反应2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的ΔS>0 B.ΔH<0或ΔS>0的反应一定能自发进行 C.1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(g)]<S[H2O(s)] D.ΔS＞0、ΔH>0的反应能否自发进行与温度有关 【答案】D 【解析】该反应为混乱度减小的反应，ΔS<0，A错误；ΔH－TΔS<0的反应可以自发进行，ΔH<0或ΔS>0的反应不一定能自发进行，B错误；物质由固态变为气态，混乱度增大，熵增大，故S[H2O(g)]>S[H2O(s)]，C错误；ΔS＞0、ΔH＞0的反应，反应自发进行时ΔH－TΔS＜0，即该反应在高温下能自发进行、低温时不能自发进行，所以该反应能否自发进行与温度有关，D正确。 【变式3-1】下列对于化学反应方向说法正确的是(　　) A.常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 B.4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(g)===4Fe(OH)3(s)的ΔH<0，常温常压下能自发进行，对该反应的方向起决定作用的是温度 C.反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)在一定条件下能自发进行，则该反应的ΔH>0 D.一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH<0，ΔS>0 【答案】B 【解析】反应的ΔS＞0，常温下反应不能自发进行，则ΔH＜0或＞0，A错误；该反应为熵减的反应，ΔH<0，常温常压下能自发进行，故对该反应的方向起决定作用的是温度，B正确；反应的ΔS＜0，由ΔG＝ΔH－T·ΔS＜0时，反应可自发进行可知，ΔH＜0，C错误；反应的ΔS＞0，ΔH＞0，D错误。 考点四 自由能(ΔG)与反应进行的方向 【例4】2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋90.8 kJ·mol－1　ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，在下列哪些温度下反应能自发进行？________(填标号)。 A.25 ℃ B.125 ℃ C.225 ℃ D.325 ℃ 【答案】CD 【解析】在等温等压的反应中ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，正反应能自发进行，其中ΔH＝＋90.8 kJ·mol－1，ΔS＝198.9 J·mol－1·K－1，则T＞＝≈456.5 K＝183.5 ℃，选项C、D正确。 解题要点：利用自由能公式计算反应自发进行的最低温度 若题目提供了ΔH和ΔS的数据，可利用ΔG＝ΔH－TΔS<0，来计算反应自发进行的最低温度。计算时要注意以下两点： (1)给出的ΔH的单位通常为kJ/mol，ΔS的单位通常为J/(mol·K)，进行计算时要将二者的单位统一，即将ΔS的单位换算为kJ/(mol·K)或将ΔH的单位换算为J/mol，再代入数值进行计算。 (2)温度用绝对温度K，而不能用℃，其中T＝(273＋t) K。 【变式4-1】在电子工业中，清洗硅片上的SiO2(s)的反应是SiO2(s)＋4HF(aq)===SiF4(g)＋2H2O(g)　ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ/mol　 ΔS(298.15 K)＝－75.8 J/(mol·K) 设ΔH和ΔS不随温度变化，则此反应能自发进行的最高温度大约为多少K? ①1.24×106 K　②1.24×103 K　③3.36×103 K　④2.48×103 K 【答案】②　 【解析】根据题意，要使反应能自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，即有ΔG＝ΔH－TΔS＝－94.0 kJ/mol－T×[－75.8 J/(mol·K)×10－3 kJ/J]<0，则T<≈1.24×103 K。 基础达标 1．下列说法不正确的是(　　) A．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 B．某吸热反应能自发进行，则该反应是熵增反应 C．碳酸铵[2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量 D．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)是一个熵减反应 【答案】C 【解析】Na与水反应生成H2，ΔS>0，此反应为放热反应，则ΔH<0，故ΔH－TΔS<0，该反应能自发进行，A项正确；吸热反应ΔH>0，能自发进行必须满足ΔH－TΔS<0，所以ΔS>0，B项正确；碳酸铵在室温下自发分解产生氨气，是因为该反应的ΔS>0，C项错误；反应CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)为气体分子数减小的反应，该反应是一个熵减反应，D项正确。 2.关于反应3O2(g)===2O3(g)，反应过程中能量的变化如图所示，下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是(　　) A.ΔH＜0　ΔS＜0 B.ΔH＞0　ΔS＜0 C.ΔH<0　ΔS>0 D.ΔH＞0　ΔS＞0 【答案】B 【解析】该反应的反应物能量比生成物能量低，为吸热反应，ΔH＞0，该反应是熵减的反应，ΔS＜0，选B。 3.下列说法正确的是(　　) A.能自发进行的反应一定能迅速发生 B.NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 C.NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH>0，该反应在高温下能自发进行 D.加入合适的催化剂能改变反应的焓变，使非自发反应转化为自发反应 【答案】C 【解析】自发进行的反应需要一定的反应条件才能进行，不一定能实际发生，A错误；该反应是熵值增加的反应，ΔS>0，ΔH－TΔS<0，反应才能自发，由于在室温下不能自发进行，则该反应的ΔH>0，B错误；ΔH－TΔS<0，反应才能自发，NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)　ΔH>0，ΔS>0，该反应在高温下能自发进行，C正确；催化剂通过降低反应活化能加快反应速率，但不能改变反应的焓变，D错误。 4.下列内容与结论相对应的是(　　) 选项 内容 结论 A H2O(g)变成H2O(l) ΔS＞0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 该过程的ΔS＞0 C 一个反应的ΔH＞0、ΔS＞0 反应一定不能自发进行 D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol－1，ΔS＝8 J·mol－1·K－1 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，体系无序程度减小，即ΔS＜0，A项不正确；硝酸铵溶于水是吸热的熵增加过程，ΔS＞0，可自发进行，B项正确；一个反应的ΔH＞0、ΔS＞0，根据二者的共同影响可知，高温时可以使ΔH－TΔS＜0，即高温条件下，反应能自发进行，C项不正确；由ΔH＜0、ΔS＞0知，ΔH－TΔS＜0，故该反应在任意温度下都能自发进行，D项不正确。 5．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动进行的过程为自发过程，所以自发过程也需要特定的条件，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，故C项正确；改变条件，可以使非自发过程转变为自发过程，D项错误。 6．以下反应均为自发反应，其中不能用焓变解释的是(　　) A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH＜0 B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＜0 C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l)　ΔH＞0 D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s)　ΔH＜0 【答案】C 【解析】C项反应的ΔH＞0，由焓变判断反应不能自发进行，而题给条件是能自发进行，所以C项中的反应不能用焓变解释。 7．水结冰的过程的焓变和熵变正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔS＜0 B．ΔH＜0，ΔS＞0 C．ΔH＞0，ΔS＞0 D．ΔH＜0，ΔS＜0 【答案】D 【解析】H2O(l)―→H2O(s)为ΔS＜0的放热(ΔH＜0)过程。 8．下列关于化学反应的焓变的叙述中，正确的是(　　) A．化学反应的焓变与反应的方向性无关 B．化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C．焓变为正的反应都是吸热反应 D．焓变为正的反应都能自发进行 【答案】C 【解析】焓变与反应的方向性有关，A项错误；化学反应的焓变不能直接决定化学反应的方向，B项错误；焓变为正的反应，体系内能增大，为吸热反应，C项正确；焓变不能作为直接判断反应能否自发进行的依据，要结合熵变进行判断，D项错误。 综合应用 9.二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一，也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法中正确的是(　　) A.步骤一中生成CaCO3的反应为吸热反应 B.步骤一中反应的ΔS>0 C.步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应 D.步骤二的反应能否自发进行，与温度有关 【答案】D 【解析】CaO和CO2反应为放热反应，A错误；步骤一中反应为CaO和CO2化合生成CaCO3为熵减的反应，ΔS<0，B错误；步骤一和步骤二的条件不同，所以不互为可逆反应，C错误；步骤二的反应CaCO3CaO＋CO2为熵增的吸热反应，若要使ΔG＝ΔH－TΔS<0，则高温有利于自发进行，D正确。 10.在一定条件下，对于反应mA(g)＋nB(g)cC(g)＋dD(g)，C物质的浓度(C%)与温度、压强的关系如图所示，下列判断正确的是(　　) A.ΔH<0　ΔS>0 B.ΔH>0　ΔS<0 C.ΔH>0　ΔS>0 D.ΔH<0　ΔS<0 【答案】A 【解析】由曲线图可知，增大压强，C%减少，即增大压强平衡向逆反应方向移动，所以逆反应为气体体积减小的反应，即m＋n<c＋d；升高温度C%减少，即升高温度平衡向逆反应方向移动，即正反应为放热反应。 11．研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是(　　) A．ΔH<0、ΔS>0的反应在低温时不能自发进行 B．在其他外界条件不变的情况下，汽车排气管中使用催化剂，可以改变产生尾气的反应的方向 C．反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 D．高温下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)能自发进行，则其ΔH>0、ΔS>0 【答案】D 【解析】对于ΔH<0、ΔS>0的反应，任何温度下都有ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行，A项错误；催化剂只能改变反应速率，不改变反应的方向，B项错误；反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔS>0，由于在室温下不能自发进行，所以此时ΔG＝ΔH－TΔS>0，即该反应的ΔH>0，C项错误；反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔS>0，高温下该反应能自发进行，则ΔH>0，D项正确。 12．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 【答案】A 【解析】在0 ℃、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题即为求算反应：白锡→灰锡的ΔH－TΔS值的问题。ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1－273 K×(－6.61 J·mol－1·K－1)＝－376.37 J· mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。 13．反应：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下才能自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，该温度下|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列选项正确的是(　　) A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0 C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0 D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0 【答案】A 【解析】该反应在某温度下能够自发向右进行，这说明ΔH－TΔS一定小于0，根据化学方程式可知该反应的ΔS＞0，所以如果ΔH＜0，则该反应在任何温度下都是自发进行的，而该反应在某温度下才能够自发向右进行，因此该反应的ΔH＞0。 14. 汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，在298 K、100 kPa下，ΔH＝－113 kJ·mol－1、 ΔS＝－145 J·mol－1·K－1。下列说法中错误的是(　　) A．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B．该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂 C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率 D．汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒 【答案】B 【解析】该反应是放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，A项正确；常温下，ΔH－TΔS＝－113 kJ·mol－1－298 K×[－145 J·mol－1·K－1]×10－3 kJ·J－1＜0，故常温下该反应可自发进行，高温和催化剂只是加快反应速率，B项错误，C项正确；CO和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒，D项正确。 拓展培优 15.根据下列图示所得结论正确的是(　　) A.图甲是I2＋I－I中I的平衡浓度随温度变化的曲线，说明平衡常数K(T1)<K(T2) B.图乙是镁条与盐酸反应的化学反应速率随时间变化的曲线，说明t1时刻溶液的温度最高 C.图丙中已知反应：mA(g)nB(g)＋pC(g)　ΔH＝a kJ·mol－1(c表示A的浓度)，则可推断：T1、T3均未达平衡状态 D.图丁中已知反应aA(g)＋bB(g)cC(g)[α(A)表示平衡转化率]；若T1>T2，则该反应能自发进行 【答案】D 【解析】分析图像，温度升高，I的平衡浓度越小，说明平衡逆向移动，正反应是放热反应，则温度高，平衡常数小，则K(T1)>K(T2)，A错误；反应速率受盐酸的浓度、温度、接触面积等多个因素影响，速率最大时，不一定温度最高，B错误；由图可知，反应正向建立平衡，达平衡前A的浓度减小，故T2时反应达到平衡，温度升高，平衡逆向移动，A的浓度增大，故T3时反应处于平衡状态，C错误；根据图可知，增大压强，A的转化率不变，说明反应前后气体计量数之和相等，则a＋b＝c，反应前后熵不变。若T1>T2，升高温度，A的转化率降低，正反应是放热反应，则焓变小于0，所以ΔG＝ΔH－TΔS<0，该反应能自发进行，D正确。 16.下列反应及其自由能与温度的关系如下图所示： Ⅰ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－116 kJ·mol－1 Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝－41 kJ·mol－1 Ⅲ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3 下列说法错误的是(　　) A.反应Ⅱ在T<427 K时，能自发进行 B.相同温度下，ΔG(Ⅰ)<ΔG(Ⅱ)的主要原因可能是ΔH1<ΔH2 C.ΔH3＝－75 kJ·mol－1 D.400 K时，平衡常数K(Ⅲ)＝K(Ⅰ)－K(Ⅱ) 【答案】D 【解析】根据自发进行判据ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应Ⅱ在T<427 K时ΔG<0，能自发进行，A正确；ΔS一般均很小，而反应Ⅰ的ΔS<0，相同温度下ΔG(Ⅰ)<ΔG(Ⅱ)的主要原因可能是ΔH1<ΔH2，B正确；根据盖斯定律，反应Ⅰ－反应Ⅱ可得反应Ⅲ，ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－116 kJ/mol＋41 kJ/mol＝－75 kJ/mol，C正确；反应Ⅰ－反应Ⅱ可得反应Ⅲ，两式相减则平衡常数相除，则平衡常数K(Ⅲ)＝，D错误。 17.室温下，某溶液初始时仅溶有M和N且浓度相等，同时发生以下两个反应：①M＋N===X＋Y；②M＋N===X＋Z。反应体系中组分M、Z的浓度随时间变化情况如图所示。 (1)0～30 min时间段内，Y的平均反应速率为________。 (2)其中，反应①的速率可以表示为v1＝k1c2(M)，反应②的速率可以表示为v2＝k2c2(M)(k1、k2为速率常数)。下列说法正确的是________。 A.反应开始后，系统中Y和Z的浓度之比保持不变 B.如果反应能进行到底，则反应结束时40.0%的M能转化为Z C.该温度下，两个反应的ΔH与ΔS一定都小于0 D.该温度下，两个反应ΔH－TΔS<0 【答案】(1)0.002 5 mol/(L·min)　(2)AD 【解析】M和N同时发生两个反应，其中M、N的消耗量等于两个反应相加，X的生成量等于两个反应相加。(1)由图可知，30 min时消耗M的浓度为(0.5－0.3) mol/L＝0.2 mol/L，由Z的浓度为0.125 mol/L，则Y的浓度为0.2 mol/L－0.125 mol/L＝0.075 mol/L，Y的平均反应速率为＝0.002 5 mol/(L·min)。(2)由题给信息可得反应①的速率和反应②的速率比＝＝，k1、k2为速率常数，则两反应的速率之比为定值；由题给方程式可知，反应①的速率和反应②的速率比等于生成Y和Z的浓度比，两反应的速率之比为定值，则反应开始后，体系中Y和Z的浓度比为定值，A正确；由(1)问可知，＝＝，若反应进行到底，Y和Z的浓度之比也是，若M能完全转化，则反应结束时有＝62.5%的M能转化为Z，B错误；①②反应都是在溶液中进行，已知M、N、Y、Z可以用浓度表示，但是X的状态未知，ΔS不一定小于0，反应在室温下自发，ΔH和ΔS可能都小于0，C错误；该温度下，两个反应都能自发进行，ΔH－TΔS<0，D正确。18．已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。 (1)已知2CO(g)CO2(g)＋C(s)，T＝980 K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS________(填“大于”“小于”或“等于”，下同)0；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS____0。 (2)电子工业中清洗硅片上SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g)　ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1、ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是________。 【答案】(1)小于　大于　(2)T＜1 240 K 【解析】(1)C(s)＋CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应，ΔH＞0，则2CO(g)CO2(g)＋C(s)为放热反应，ΔH＜0，且该反应ΔS＜0，则当T＜980 K时，ΔH－TΔS＜0，T＞980 K时，ΔH－TΔS＞0。 (2)由题给信息可知，要使反应能自发进行，应有ΔH－TΔS＜0，即－94.0 kJ·mol－1－T×(－75.8×10－3 kJ·mol－1·K－1)＜0，则T＜≈1 240 K。 19．地下水中的氮污染主要是由NO引起的，人们对NO的转化进行了长时间的研究，目前主要有物理方法、化学方法和生物方法，其中化学方法主要包含活泼金属还原法和催化反硝化法。催化反硝化法是一种经济可行的脱氮方法，其原理是在Pd/Cu双金属催化剂作用下，H2将硝酸盐还原成氮气：2NO＋5H2N2＋2OH－＋4H2O。 (1)下列说法错误的是________(填字母)。 A．氮肥NH4NO3溶于水的过程中熵值增大 B．在酸性条件下，活泼金属与NO反应属于自发反应 C．Pd/Cu双金属催化剂是该反应是否能自发发生的决定因素 (2)已知：2NO(aq)＋5H2(g)N2(g)＋2OH－(aq)＋4H2O(l)的ΔH＝＋a kJ·mol－1，ΔS＝＋b J· mol－1·K－1(a、b均为正值)，该反应____________(填“能”“不能”或“无法判断是否能”)自发进行。 【答案】(1)C　(2)无法判断是否能 【解析】(1)NH4NO3溶于水时混乱度增大，其熵值增大，A项正确；活泼金属易失去电子，酸性条件下NO具有强氧化性，二者反应属于自发反应，B项正确；决定反应是否为自发反应的因素是反应物自身的性质，C项错误。 (2)ΔH－TΔS＝a kJ·mol－1－b×10－3 kJ·mol－1·K－1×T K，由于无法判断a和bT×10－3值的相对大小，故无法确定ΔH－TΔS是大于0还是小于0，所以无法判断该反应是否能自发进行。 20. 回答下列问题： (1)催化剂在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，ΔS________0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)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。 ①常温下，该反应________(填“能”或“不能”，下同)自发进行。 ②据本题反应数据分析，温度________成为反应进行方向的决定因素。 (3)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________。 (4)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________(填“>”或“<”)0。 【答案】(1) > 　>　 不能 　 (2)①不能　②能　 (3)高温　 (4) > 【解析】(1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和氧气的反应为吸热反应，ΔH>0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，ΔS>0，故低温下ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)①ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应能自发进行，已知ΔH>0，ΔS>0，则常温下不能自发进行；②该反应的ΔH>0、ΔS>0，高温条件下能使ΔG＝ΔH－TΔS<0，而低温条件下ΔG＝ΔH－TΔS>0，则该反应中温度是决定反应进行方向的因素。(3)该反应的ΔS>0、ΔH>0，则高温时ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。 (4)已知某吸热反应能自发进行，即ΔG＝ΔH－TΔS<0，ΔH>0，则ΔS>0。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$