第三节 化学反应的方向（导学案）化学人教版2019选择性必修1

第三节 化学反应的方向 一、知识目标 1.理解自发过程和自发反应的概念，能区分自发反应和非自发反应。 2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，知道焓判据和熵判据的适用范围。 3.掌握吉布斯公式，能根据该公式判断化学反应自发进行的方向。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观现象出发，认识自发过程和自发反应的特点；从微观角度理解焓变、熵变对化学反应方向的影响。 2.证据推理与模型认知：通过对化学反应实例的分析，建立判断化学反应方向的思维模型，培养逻辑推理能力。 3.科学态度与社会责任：了解化学反应方向的判断在化工生产中的应用，认识化学对社会发展的重要贡献。 一、学习重点 1.自发过程、自发反应的概念。 2.焓变和熵变对化学反应方向的影响。 3.吉布斯公式的应用。 二、学习难点 1.焓判据和熵判据的局限性。 2.综合运用焓变和熵变判断化学反应的方向。 一、自发过程与自发反应 1．自发过程 （1）含义：在一定条件下，_______________就可以自发进行的过程。例如高山流水、自由落体。 （2）特点 ①体系趋向于从_______状态转变为_______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_______自发转变为_______的倾向(无序体系更加稳定)。 （3）非自发过程：在一定条件下，_______借助外力才能进行的过程。 2．自发反应 （1）含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。 （2）非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 3．应用 （1）自发反应可被用来做“有用功”。例如H2的燃烧可设计成燃料电池。 （2）非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为H2和O2。 二、化学反应进行方向的判据 1．焓变与化学反应的方向 （1）放热反应过程中体系能量_______，因此具有_______进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。 （2）焓变与化学反应进行方向的关系 ①大多数放热反应是可以自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 ②有些吸热反应也可以自发进行，如：2N2O5(g)==4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。 （3）结论：反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 2．熵变与化学反应的方向 （1）熵、熵变的概念 （2）熵值大小 ①体系的熵值：体系的______________越大，体系的熵值就_______。 ②物质的熵值：同一种物质的熵值S(g)_______S(l)_______S(s)，且物质的量越大，熵值越大，同一条件下，不同物质的熵值不同。 ③反应前后熵值变化：虽然不同物质熵值不同，但气体物质的熵值最大，一般情况下，可以根据反应前后气体物质的量的变化大体判断熵值增大或减小。 （3）熵判据 体系有自发地向混乱度_______(即_______)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(多是气体分子数目增多的反应)，如： Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)；2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)。 ②有些熵减的反应也可以自发进行，如： 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)；4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)。 （5）结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 3．自由能与化学反应的方向 （1）自由能 ΔG＝______________。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与_______有关。 ΔG单位：_______。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______________的方向进行，直到体系______________。 ①当ΔG＜0时，反应_______自发进行； ②当ΔG＝0时，反应处于_______； ③当ΔG＞0时，反应_______自发进行。 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应的自发性 <0 >0 ΔG<0 一定能自发 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发 >0 >0 高温能自发 （一）课堂导入 问题思考 1.观看视频后，思考视频中展示的水从高处流向低处、墨水滴入清水中扩散的过程有什么共同特点？ 答案： 2.在日常生活和化学世界里，还有哪些类似自发进行且有方向的过程或者反应？ 答案： 问题探究 如何判断一个化学反应能否自发进行，它自发进行的方向又是由什么决定的呢？ 答案： （二）自发过程与自发反应 活动一：认识自发过程与自发反应 问题思考 1.结合生活经验和已学知识，举例说明什么是自发过程和自发反应？ 答案： 2.判断下列过程或反应是自发过程、自发反应还是非自发反应： · 水从低处往高处流； · 氢气在氧气中燃烧； · 石灰石在常温下分解。 答案： 3.下列关于自发过程的说法中正确的是（ ） 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 4.下列反应中，属于自发反应的是（ ） A. B. C. D. 活动二：探究化学反应方向与焓变的关系 问题思考 1.观察一些能够自发进行的化学反应，分析它们的共同特征是什么，为什么能够自发进行呢？ 答案： 2.所有自发进行的化学反应都是放热吗？什么因素促使了吸热反应的自发进行呢？ 答案： 3.下列过程的方向可用焓判据判断的是（ ） A. 硝酸铵溶于水 B. C. D. 4.下列说法正确的是（ ） A. 自发进行的反应均是的反应 B. 的反应一定不能自发进行 C. 焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素 D. 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 活动三：探究化学反应方向与熵变的关系 问题思考 1.观察两瓶中气体自发混合均匀的实验现象，这说明了什么？ 答案： 2.分析影响熵大小的因素有哪些，并举例说明。 答案： 3. 什么是熵变？如何计算熵变？ 答案： 4.熵变与反应方向有什么关系？ 答案： 5.“熵”表示体系的混乱度，符号是。下列变化中，的是（ ） A. B. C. D. 6.下列说法正确的是（ ） A. 物质的量增加的反应，其为正值 B. 的反应一定不能自发进行 C. 熵增且放热的反应一定能自发进行 D. 熵值增大的反应都能自发进行 活动四：探究判断化学反应方向的复合判据 问题思考 1.什么是吉布斯自由能？其公式是什么？ 答案： 2.根据的值如何判断反应的自发方向？ 答案： 3.结合公式，分析讨论反应进行的方向与温度的关系。 答案： 4. 反应在某温度下才能自发进行，若反应的，该温度下，则下列选项正确的是（ ） A. ，该温度下 B. ，该温度下 C. ，该温度下 D. ，该温度下 5. 已知反应的，，则该反应（ ） A. 在任何温度下都能自发进行 B. 在任何温度下都不能自发进行 C. 仅在高温下能自发进行 D. 仅在低温下能自发进行 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.下列过程的方向可用焓判据判断的是（ ） A. 硝酸铵溶于水 B. 2N₂O₅(g) = 4NO₂(g) + O₂(g) ΔH = +56.7 kJ·mol⁻¹ C. (NH₄)₂CO₃(s) = NH₄HCO₃(s) + NH₃(g) ΔH = +74.9 kJ·mol⁻¹ D. 2H₂(g) + O₂(g) = 2H₂O(l) ΔH = -572 kJ·mol⁻¹ 3.下列说法正确的是（ ） A. 自发进行的反应均是ΔH < 0的反应 B. ΔS < 0的反应一定不能自发进行 C. 物质的量增加的反应，其ΔS为正值 D. CaCO₃(s)受热分解为CaO(s)和CO₂(g)，其ΔS > 0 4.反应CH₃OH(l) + NH₃(g) = CH₃NH₂(g) + H₂O(g)在某温度下才能自发进行，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，该温度下ΔH - TΔS < 0 B. ΔH < 0，该温度下ΔH - TΔS > 0 C. ΔH > 0，该温度下ΔH - TΔS > 0 D. ΔH < 0，该温度下ΔH - TΔS < 0 5.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s) + O₂(g) = 2CO(g)；反应②：2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)。反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示，下列说法错误的是（ ） A. 反应②2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)的ΔS < 0，ΔH < 0 B. 983 K是两个反应主次趋势变化的转折点 C. L₁对应反应① D. 当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO₂为主 一、自发过程和自发反应 1.自发过程和自发反应的比较 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下， 不用借助外力 ，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 可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成 原电池 。 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．自发过程的特点 （1）体系趋向于从高能状态转变为低能状态。 （2）体系趋向于从有序体系转变为无序体系。 二、焓判据、熵判据与自由能判据 1.判据 2.温度对反应方向的影响 三、反应自发进行的最低或最高温度的计算 （1）计算依据：△H－T△S≤0 ①若△S＞0，则T≥，为最低温度 ②若△S＜0，则T≤，为最高温度 （2）注意单位的换算 ①△S的单位为：J·mol－1·K－1 ②△H的单位为：kJ·mol－1 ③T的单位为：K 考点一　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．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 3．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 4．下列反应属于非自发反应的是(　　) A．铁与稀盐酸反应 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 5．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 考点二　焓变和熵变与反应进行方向的判断 1．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 2．已知：(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)＋NH3(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 3．下列对熵的理解不正确的是(　　) A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小 B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大 C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小 D．25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)是熵增反应 考点三　自由能(复合判据)与反应进行方向的判断 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 2．下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)　ΔH＝＋163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1 3．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 4．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 5．下列内容与原因或结论不对应的是(　　) 选项 内容 原因或结论 A H2O(g)变成H2O(l) 该过程ΔS>0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为ΔS>0 C 一个反应的ΔH>0、ΔS<0 该反应不能自发进行 D H2(g)＋F2(g) 2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol－1、ΔS＝＋8 J·mol－1·K－1 该反应在任何温度下均可自发进行 6.实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(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 考点四　由浓度商和平衡常数判断平衡状态或反应进行的方向 1．在1 000 K时，已知反应Ni(s)＋H2O(g) NiO(s)＋H2(g)的平衡常数K＝0.059，当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时，此反应(　　) A．已达到平衡状态 B．未达到平衡状态，反应正向进行 C．未达到平衡状态，反应逆向进行 D．无法确定 2．已知反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－43 kJ·mol－1，在850 ℃时K＝1。今在某密闭容器中充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2和x mol H2，下列说法不正确的是(　　) A．900 ℃时，该反应的平衡常数K<1 B．850 ℃时，若x＝5.0，则起始时反应向逆反应方向进行 C．850 ℃达到化学平衡后，通入CO，化学平衡逆向移动 D．850 ℃时，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足x<3.0 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第三节 化学反应的方向 一、知识目标 1.理解自发过程和自发反应的概念，能区分自发反应和非自发反应。 2.了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，知道焓判据和熵判据的适用范围。 3.掌握吉布斯公式，能根据该公式判断化学反应自发进行的方向。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观现象出发，认识自发过程和自发反应的特点；从微观角度理解焓变、熵变对化学反应方向的影响。 2.证据推理与模型认知：通过对化学反应实例的分析，建立判断化学反应方向的思维模型，培养逻辑推理能力。 3.科学态度与社会责任：了解化学反应方向的判断在化工生产中的应用，认识化学对社会发展的重要贡献。 一、学习重点 1.自发过程、自发反应的概念。 2.焓变和熵变对化学反应方向的影响。 3.吉布斯公式的应用。 二、学习难点 1.焓判据和熵判据的局限性。 2.综合运用焓变和熵变判断化学反应的方向。 一、自发过程与自发反应 1．自发过程 （1）含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。例如高山流水、自由落体。 （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，体系有从有序自发转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。 （3）非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。 2．自发反应 （1）含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。 （2）非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 3．应用 （1）自发反应可被用来做“有用功”。例如H2的燃烧可设计成燃料电池。 （2）非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为H2和O2。 二、化学反应进行方向的判据 1．焓变与化学反应的方向 （1）放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。 （2）焓变与化学反应进行方向的关系 ①大多数放热反应是可以自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 ②有些吸热反应也可以自发进行，如：2N2O5(g)==4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。 （3）结论：反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 2．熵变与化学反应的方向 （1）熵、熵变的概念 （2）熵值大小 ①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。 ②物质的熵值：同一种物质的熵值S(g)＞S(l)＞S(s)，且物质的量越大，熵值越大，同一条件下，不同物质的熵值不同。 ③反应前后熵值变化：虽然不同物质熵值不同，但气体物质的熵值最大，一般情况下，可以根据反应前后气体物质的量的变化大体判断熵值增大或减小。 （3）熵判据 体系有自发地向混乱度增加(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(多是气体分子数目增多的反应)，如： Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)；2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)。 ②有些熵减的反应也可以自发进行，如： 2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)；4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)。 （5）结论：熵变是影响反应自发进行的因素之一，但不是唯一因素。 3．自由能与化学反应的方向 （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。 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应的自发性 <0 >0 ΔG<0 一定能自发 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发 <0 <0 ΔG的正负决定于温度 低温能自发 >0 >0 高温能自发 （一）课堂导入 问题思考 1.观看视频后，思考视频中展示的水从高处流向低处、墨水滴入清水中扩散的过程有什么共同特点？ 答案：这些过程都是自发进行的，而且具有方向性。 2.在日常生活和化学世界里，还有哪些类似自发进行且有方向的过程或者反应？ 答案：学生可能会提到铁生锈、木材燃烧、苹果落地、热从高温物体传向低温物体等。 问题探究 如何判断一个化学反应能否自发进行，它自发进行的方向又是由什么决定的呢？ 答案：这是本节课要重点探究的内容，后续会从自发过程与自发反应、焓变、熵变以及复合判据等方面进行分析。 （二）自发过程与自发反应 活动一：认识自发过程与自发反应 问题思考 1.结合生活经验和已学知识，举例说明什么是自发过程和自发反应？ 答案：自发过程如：烟由低处向高处飘散、固体溶解、油墨扩散等；自发反应如：钢铁生锈、湿法炼铜、木材燃烧等。 2.判断下列过程或反应是自发过程、自发反应还是非自发反应： · 水从低处往高处流； · 氢气在氧气中燃烧； · 石灰石在常温下分解。 答案：①水从低处往高处流是非自发过程；②氢气在氧气中燃烧是自发反应；③石灰石在常温下分解是非自发反应。 3.下列关于自发过程的说法中正确的是（ ） 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 讲解：自发过程是在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程，并非不需要任何条件，A选项错误；有些需要加热的过程在特定条件下也可能是自发过程，比如碳酸钙高温分解，B选项错误；同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下，其焓变和熵变的综合影响不同，都有自发进行的可能，C选项正确；非自发过程在一定条件下可以变为自发过程，如石灰石在常温下分解是非自发的，但在高温时能自发进行，D选项错误。 4.下列反应中，属于自发反应的是（ ） A. B. C. D. 答案：D 讲解：A选项合成氨反应需要高温、高压、催化剂等条件，不是自发反应；B选项分解生成和需要吸收能量，不是自发反应；C选项水分解生成氢气和氧气需要电解等条件，不是自发反应；D选项分解在加热条件下可以自发进行，属于自发反应。 活动二：探究化学反应方向与焓变的关系 问题思考 1.观察一些能够自发进行的化学反应，分析它们的共同特征是什么，为什么能够自发进行呢？ 答案：部分自发反应是放热反应，放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，所以放热反应（）是有利于反应自发进行的条件。 2.所有自发进行的化学反应都是放热吗？什么因素促使了吸热反应的自发进行呢？ 答案：不是所有自发进行的化学反应都是放热的，如氯化铵与氢氧化钡的反应是吸热的自发反应。说明反应焓变不是判断反应自发进行的唯一依据，还有其他因素影响反应的自发进行。 3.下列过程的方向可用焓判据判断的是（ ） A. 硝酸铵溶于水 B. C. D. 答案：D 讲解：焓判据主要依据反应是放热还是吸热来判断反应进行的方向，放热反应有利于自发进行。硝酸铵溶于水是吸热过程，不能用焓判据判断，A选项错误；B和C选项中的反应都是吸热反应，不能用焓判据判断反应方向，B、C选项错误；D选项中反应是放热反应，可根据焓判据判断该反应有自发进行的趋势，D选项正确。 4.下列说法正确的是（ ） A. 自发进行的反应均是的反应 B. 的反应一定不能自发进行 C. 焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素 D. 焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 答案：C 讲解：自发进行的反应不一定都是的反应，还有其他因素影响，A选项错误；的反应在一定条件下也可能自发进行，B选项错误；焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一判据，C选项正确，D选项错误。 活动三：探究化学反应方向与熵变的关系 问题思考 1.观察两瓶中气体自发混合均匀的实验现象，这说明了什么？ 答案：自发过程进行的方向还与“混乱度”有关，气体从有序状态自发地转化为无序状态。 2.分析影响熵大小的因素有哪些，并举例说明。 答案： 相同条件下，物质不同熵不同（相同条件下的不同物质，分子结构越复杂，熵越大），如乙醇的熵就大于甲醚的熵。 同一物质：。 - 反应中无状态变化：若化学计量数增大，熵增大。 反应中无状态变化、化学计量数变化：一般熵变不大。 3. 什么是熵变？如何计算熵变？ 答案：反应产物总熵与反应物总熵之差称为熵变，计算公式为。 4.熵变与反应方向有什么关系？ 答案：熵增加有利于反应的自发进行，但某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行，如。说明熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。 5.“熵”表示体系的混乱度，符号是。下列变化中，的是（ ） A. B. C. D. 答案：B 讲解：表示熵减小，即体系的混乱度减小。A选项反应前后气体物质的量增大，混乱度增大，；B选项气体变为液体，混乱度减小，；C选项固体变为气体，混乱度增大，；D选项固体变为气体，混乱度增大，。 6.下列说法正确的是（ ） A. 物质的量增加的反应，其为正值 B. 的反应一定不能自发进行 C. 熵增且放热的反应一定能自发进行 D. 熵值增大的反应都能自发进行 答案：C 讲解：物质的量增加的反应，其不一定为正值，还要考虑物质的状态等因素，A选项错误；的反应在一定条件下也可能自发进行，B选项错误；熵增且放热的反应，，一定能自发进行，C选项正确；熵值增大的反应不一定都能自发进行，还需要考虑焓变等因素，D选项错误。 活动四：探究判断化学反应方向的复合判据 问题思考 1.什么是吉布斯自由能？其公式是什么？ 答案：体系自由能变化（符号为，单位为）综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，用来定量评价焓变和熵变在反应过程中作用的关系称之为吉布斯公式：，为吉布斯自由能。 2.根据的值如何判断反应的自发方向？ 答案：，反应能自发进行；，反应处于平衡状态；，反应不能自发进行。 3.结合公式，分析讨论反应进行的方向与温度的关系。 答案： - ，，高温下反应能自发进行； - ，，所有温度下反应都能自发进行； - ，，低温下反应能自发进行； - ，，所有温度下反应都不能自发进行。 4. 反应在某温度下才能自发进行，若反应的，该温度下，则下列选项正确的是（ ） A. ，该温度下 B. ，该温度下 C. ，该温度下 D. ，该温度下 答案：A 讲解：反应在某温度下能自发进行，则。已知，，若，要使反应自发进行（），则，与已知条件矛盾，所以，且该温度下，A选项正确。 5. 已知反应的，，则该反应（ ） A. 在任何温度下都能自发进行 B. 在任何温度下都不能自发进行 C. 仅在高温下能自发进行 D. 仅在低温下能自发进行 答案：C 讲解：根据，，，当时反应自发进行，即，，解得，所以仅在高温下能自发进行，C选项正确。 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 【答案】C 【解析】自发过程是在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程，并非不需要任何条件，A选项错误；有些需要加热的过程在特定条件下也可能是自发过程，比如碳酸钙高温分解，B选项错误；同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下，其焓变和熵变的综合影响不同，都有自发进行的可能，C选项正确；非自发过程在一定条件下可以变为自发过程，如石灰石在常温下分解是非自发的，但在高温时能自发进行，D选项错误。 2.下列过程的方向可用焓判据判断的是（ ） A. 硝酸铵溶于水 B. 2N₂O₅(g) = 4NO₂(g) + O₂(g) ΔH = +56.7 kJ·mol⁻¹ C. (NH₄)₂CO₃(s) = NH₄HCO₃(s) + NH₃(g) ΔH = +74.9 kJ·mol⁻¹ D. 2H₂(g) + O₂(g) = 2H₂O(l) ΔH = -572 kJ·mol⁻¹ 【答案】D 【解析】焓判据主要依据反应是放热还是吸热来判断反应进行的方向，放热反应有利于自发进行。硝酸铵溶于水是吸热过程，不能用焓判据判断，A选项错误；B和C选项中的反应都是吸热反应，不能用焓判据判断反应方向，B、C选项错误；D选项中反应是放热反应，可根据焓判据判断该反应有自发进行的趋势，D选项正确。 3.下列说法正确的是（ ） A. 自发进行的反应均是ΔH < 0的反应 B. ΔS < 0的反应一定不能自发进行 C. 物质的量增加的反应，其ΔS为正值 D. CaCO₃(s)受热分解为CaO(s)和CO₂(g)，其ΔS > 0 【答案】D 【解析】自发进行的反应与焓变和熵变都有关，并非自发反应都是ΔH < 0的反应，如氯化铵与氢氧化钡的反应是吸热的自发反应，A选项错误；ΔS < 0的反应在一定条件下也可能自发进行，如氨气和氯化氢反应生成氯化铵，B选项错误；物质的量增加的反应，其熵变不一定为正值，还需考虑物质的状态等因素，C选项错误；CaCO₃(s)受热分解为CaO(s)和CO₂(g)，反应后气体物质的量增加，体系的混乱度增大，其ΔS > 0，D选项正确。 4.反应CH₃OH(l) + NH₃(g) = CH₃NH₂(g) + H₂O(g)在某温度下才能自发进行，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，该温度下ΔH - TΔS < 0 B. ΔH < 0，该温度下ΔH - TΔS > 0 C. ΔH > 0，该温度下ΔH - TΔS > 0 D. ΔH < 0，该温度下ΔH - TΔS < 0 【答案】A 【解析】反应在某温度下能自发进行，则ΔG = ΔH - TΔS < 0。已知|ΔH| = 17 kJ·mol⁻¹，|ΔH - TΔS| = 17 kJ·mol⁻¹，若ΔH < 0，要使反应自发进行（ΔH - TΔS < 0），则|ΔH - TΔS| < |ΔH|，与已知条件矛盾，所以ΔH > 0，且该温度下ΔH - TΔS < 0，A选项正确。 5.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s) + O₂(g) = 2CO(g)；反应②：2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)。反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示，下列说法错误的是（ ） A. 反应②2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)的ΔS < 0，ΔH < 0 B. 983 K是两个反应主次趋势变化的转折点 C. L₁对应反应① D. 当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO₂为主 【答案】D 【解析】反应②中气体物质的量减少，体系的混乱度减小，所以ΔS < 0，该反应是燃烧反应，为放热反应，ΔH < 0，A选项正确；从图中可以看出983 K是两个反应主次趋势变化的转折点，B选项正确；反应①是吸热反应，温度升高有利于反应进行，L₁随着温度升高反应趋势增强，所以L₁对应反应①，C选项正确；当温度低于983 K时，反应②的趋势大于反应①，此时过量焦炭的氧化产物以反应①生成CO为主，D选项错误。 一、自发过程和自发反应 1.自发过程和自发反应的比较 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下， 不用借助外力 ，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 可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成 原电池 。 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．自发过程的特点 （1）体系趋向于从高能状态转变为低能状态。 （2）体系趋向于从有序体系转变为无序体系。 二、焓判据、熵判据与自由能判据 1.判据 2.温度对反应方向的影响 三、反应自发进行的最低或最高温度的计算 （1）计算依据：△H－T△S≤0 ①若△S＞0，则T≥，为最低温度 ②若△S＜0，则T≤，为最高温度 （2）注意单位的换算 ①△S的单位为：J·mol－1·K－1 ②△H的单位为：kJ·mol－1 ③T的单位为：K 考点一　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 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，所以自发过程也是需要特定的条件的，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。 2．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 答案　C 3．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 答案　C 解析　不能仅仅根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也可能是自发进行的，A项错误；自发进行的反应，其现象不一定非常明显，非自发反应的熵不一定减小，B项错误；根据反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)不能自发进行可知，该反应的ΔH－TΔS＞0，又知该反应ΔS＞0，则该反应的ΔH＞0，C项正确；反应2Mg(s)＋CO2(g)=C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则ΔH－TΔS＜0，因ΔS＜0，则ΔH＜0，D项错误。 4．下列反应属于非自发反应的是(　　) A．铁与稀盐酸反应 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 答案　C 5．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。 考点二　焓变和熵变与反应进行方向的判断 1．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 答案　B 解析　化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。 2．已知：(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)＋NH3(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 答案　A 解析　根据化学方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，所以有可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。 3．下列对熵的理解不正确的是(　　) A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小 B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大 C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小 D．25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)是熵增反应 答案　C 解析　C项，体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，故错误。 考点三　自由能(复合判据)与反应进行方向的判断 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　该反应在一定温度下能够自发的向右进行，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，而该反应在一定温度下才能够自发的向右进行，因此该反应的反应热ΔH＞0。 2．下列反应在任何温度下均能自发进行的是(　　) A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g)　ΔH＝＋163 kJ·mol－1 B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s)　ΔH＝－127 kJ·mol－1 C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋91 kJ·mol－1 D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－98 kJ·mol－1 答案　D 解析　反应能自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0，温度的变化可能使ΔH－TΔS的符号发生变化。A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下，ΔH－TΔS>0，即任何温度下，反应都不能自发进行；B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下，ΔH－TΔS<0，即反应温度不能过高；C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，即ΔH－TΔS<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下，ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。 3．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　在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜0的方向进行。因此，在0 ℃、100 kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算反应：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。 4．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。 5．下列内容与原因或结论不对应的是(　　) 选项 内容 原因或结论 A H2O(g)变成H2O(l) 该过程ΔS>0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为ΔS>0 C 一个反应的ΔH>0、ΔS<0 该反应不能自发进行 D H2(g)＋F2(g) 2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol－1、ΔS＝＋8 J·mol－1·K－1 该反应在任何温度下均可自发进行 答案　A 解析　H2O(g)变成H2O(l)，体系混乱度减小，则ΔS<0，A错误；常温下硝酸铵溶于水是一个能自发进行的吸热过程，硝酸铵溶解生成自由移动的离子，是熵增大的过程，ΔS>0，B正确；一个反应的ΔH>0、ΔS<0，则ΔH－TΔS>0，所以该反应不能自发进行，C正确；ΔH＝－271 kJ· mol－1，ΔS＝＋8 J·mol－1·K－1，由ΔH－TΔS<0的反应可自发进行可知，该反应在任何温度下都能自发进行，D正确。 6.实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(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 答案　C 解析　根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，ΔH＜0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。 考点四　由浓度商和平衡常数判断平衡状态或反应进行的方向 1．在1 000 K时，已知反应Ni(s)＋H2O(g) NiO(s)＋H2(g)的平衡常数K＝0.059，当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时，此反应(　　) A．已达到平衡状态 B．未达到平衡状态，反应正向进行 C．未达到平衡状态，反应逆向进行 D．无法确定 答案　C 解析　当水蒸气和氢气浓度相等时，Q＝1>K＝0.059，反应逆向进行。 2．已知反应CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－43 kJ·mol－1，在850 ℃时K＝1。今在某密闭容器中充入1.0 mol CO、3.0 mol H2O、1.0 mol CO2和x mol H2，下列说法不正确的是(　　) A．900 ℃时，该反应的平衡常数K<1 B．850 ℃时，若x＝5.0，则起始时反应向逆反应方向进行 C．850 ℃达到化学平衡后，通入CO，化学平衡逆向移动 D．850 ℃时，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足x<3.0 答案　C 解析　由于该反应是一个放热反应，升高温度平衡常数减小，A项正确；850 ℃，x＝5.0时，Q＝>K＝1，反应向逆反应方向进行，B项正确；达到平衡后，通入CO，反应物浓度增大，化学平衡正向移动，C项错误；850 ℃时，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，由K＝1，可求得应满足x<3.0，D项正确。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$