2.3 化学反应的方向 讲义-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

选修一 第二章 第三节 化学反应的方向 知识点总结 ( 27 )选修1 第二章第三节 化学反应的方向 学科网（北京）股份有限公司 知识点一：自发过程和自发反应 1、自发过程 （1）定义：自发过程是指在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。 非自发过程是指在一定条件下，需要外界做功才能进行的过程，如利用水泵可将水从低处抽向高处，通电可将水分解为氢气和氧气。 （2） 特征：自发过程有明确的方向性，要逆转必须借助外界做功；具有做功的本领；自发变化的最大限度是体系的平衡状态。 例：自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流，这个过程是自发的，其逆过程就是非自发的。 2、 自发反应 在给定的一组条件下，一个反应可以自发地进行，就称为自发反应。 例如：镁条燃烧；酸碱中和；铁器暴露在潮湿空气中会生锈；甲烷、氢气和氧气的混合气体遇明火就燃烧；锌与CuSO4溶液会自动反应生成Cu和ZnSO4等，这些反应都是自发的，其逆过程就是非自发的。 注意：反应的自发性也受外界条件的影响。如常温下石灰石分解生成生石灰和二氧化碳是非自发性的，但在1273K时，这一反应就是自发的反应。 知识点二：反应焓变和反应方向 焓判据 放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的倾向 自发反应与焓变的关系 多数放热反应能自发进行（ΔH<0） NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) 2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g) CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(aq) 部分吸热反应也能自发进行（ΔH>0） 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g) 有一些吸热反应常温下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行（ΔH>0） CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) 结论 多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的 注意： （1） 能量判据也称焓判据。 （2） 自发过程有取向与最低能量状态的倾向。 知识点三：熵判据和反应方向 1、熵的含义 ①熵：在密闭的条件下，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作熵。 符号：S 单位：J/(mol·K) ②实质：用来描述体系的混乱度，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：S(g)>S(l)>S(s)。 2、 熵变的含义 ①熵变：化学反应发生物质的变化或物质状态的变化，是反应产物总熵与反应物总熵之差。 符号：ΔS 单位：J/(mol·K) ②规律总结 a、熵增原理：自发过程的体系趋向于有序转变为无序，导致体系的熵增加，这一经验规律叫做熵增加原理，也是反应方向判断的熵依据。 b、常见的熵增加过程：固体的溶解过程、气体的扩散过程、水的气化过程及墨水的扩散过程都是体系混乱度增大的过程，即熵增加的过程。 c、常见的熵增加的反应。 Ⅰ、类型：a、产生气体的反应。b、气体物质的量增大的反应。熵变的数值通常都是正值，为熵增加反应。有些反应在常温常压下可以自发进行，如：2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g) ΔS=57.16J/mol·K NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)=CO2(g)+CH3COONH4(aq) +H2O(l) ΔS=184.0J/(mol·K) Ⅱ、有些熵增加反应在常温常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。如： CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) ΔS=169.6J/(mol·K) C(石墨,s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔS=133.8J/(mol·K) Ⅲ、有些熵减小的反应即ΔS<0的反应在一定条件下也可以自发进行。如铝热反应： 2Al(s)+Fe2O3(s)=Al2O3(s)+2Fe(s) ΔS=-39.35J/(mol·K) ③结论：事实证明，熵变是反应能否自发进行的又一个主要因素，但也不是唯一的因素。 知识点四：焓变与熵变对化学反应方向的共同影响 在温度、压力一定的条件下，化学反应的方向是熵变和焓变共同影响的结果，数学表达式是： ΔG=ΔH-TΔS（T为热力学温度，均为正值）。 ΔH-TΔS<0反应能自发进行 ΔH-TΔS=0反应达到平衡状态 ΔH-TΔS>0反应不能自发进行 拓展应用 拓展一：焓变与熵变对反应方向的共同影响 1、如果反应的ΔH<0，ΔS>0，则该反应一定能自发进行； 2、如果反应的ΔH>0，ΔS<0，则该反应一定不能自发进行； 3、如果反应的ΔH<0，ΔS<0或ΔH>0，ΔS>0，反应能否自发进行与反应的温度有关。 注意：ΔH和ΔS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。 ΔH ΔS ΔG 所属反应的自发性 <0 >0 <0 能自发进行 >0 <0 >0 不能自发进行 >0 >0 低温时>0，高温时<0 低温时不能自发进行，高温时自发进行 <0 <0 高温时>0，低温时<0 高温时不能自发进行，低温时自发进行 ( 27 )选修1 第二章第三节 化学反应的方向 学科网（北京）股份有限公司 拓展二：勒夏特列原理 1、定义：在一个已经达到平衡的反应中，如果改变影响平衡的条件之一（如温度、压强以及参加反应的化学物质的浓度），平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 比如一个可逆反应中，当增加反应物的浓度时，平衡要向正反应方向移动，平衡的移动使得增加的反应物浓度又会逐步减少；但这种减弱不可能消除增加反应物浓度对这种反应物本身的影响，与旧的平衡体系中这种反应物的浓度相比而言，还是增加了。 在有气体参加或生成的可逆反应中，当增加压强时，平衡总是向压强减小的方向移动，比如在N2+3H2 ⇌2NH3这个可逆反应中，达到一个平衡后，对这个体系进行加压，如压强增加为原来的两倍，这时旧的平衡要被打破，平衡向压强减小的方向移动，即在本反应中向正反应方向移动，建立新的平衡时，增加的压强即被减弱，不再是原平衡的两倍，但这种增加的压强不可能完全被消除，也不是与原平衡相同，而是处于这两者之间。 2、应用：勒夏特列原理的应用可以使某些工业生产过程的转化率达到或接近理论值，同时也可以避免一些并无实效的方案，如高炉加碳的方案。 （1）浓度改变 增加某一反应物的浓度，则反应向着减少此反应物浓度的方向进行，即反应平衡向正反应方向移动进行。减少某一生成物的浓度，则反应向着增加此生成物浓度的方向进行，即反应平衡向正反应方向移动进行。反应速率及产率也会因为对外界因素系统的影响而改变。 如用氢气和一氧化碳生成甲醇的平衡举例：CO + 2H2⇌ CH3OH。增加体系中一氧化碳的浓度，根据勒夏特列原理，甲醇的量会增加以使得一氧化碳的量减少。此结果可以用碰撞学说解释，随着一氧化碳浓度的提升，反应物之间的有效碰撞次数增加，使得正反应速率增加，生成更多产物。 （2）温度改变 升高反应温度，则反应向着减少热量的方向进行，即放热反应逆向进行，吸热反应正向进行；降低温度，则反应向着生成热量的方向的进行，即放热反应正向进行，吸热反应逆向进行。 在判断温度对于平衡的影响时，应当把能量变化视为参加反应的物质之一。例如，如果反应是吸热反应，即ΔH>0时，热量被视为反应物，置于方程式左边；反之，当反应为放热反应，即ΔH<0时，热量被视为生成物，置于方程式右边。在放热反应中，温度的增加会导致平衡常数K的值减小；反之，吸热反应的K值随温度增加而增加。 （3）压力改变 压力同样仍是向着消除改变平衡因素的方向进行反应。增加某一气态反应物的压强，则反应向着减少此反应物压强的方向进行，即反应向正方向进行。减少某一气态生成物的压强，则反应向着增加此生成物压强的方向进行，即反应向正方向进行。反之亦然。 以工业制氨反应为例：N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g)。反应的左边和右边的系数不一样，所以当平衡后压力突然增加，反应会朝向气体系数和气体体积较小的方向进行，在此例中也就是朝向增加NH3的方向进行。反之如果平衡后压力突然减小，反应会朝向气体系数和气体体积较大的方向进行，故每两分子NH3将会分解成一分子N2和三分子H2。 但是当气体反应物和气体生成物的系数和相同时系统平衡则不受外界的压力改变而变，如一氧化碳与水在高温下反应形成二氧化碳和氢气的反应：CO2(g) + H2(g) ⇌CO(g) + H2O(g)。不论外部压力如何改变，将不会影响平衡的移动。 （4）惰性气体（稀有气体）的影响： a、若反应前后不允许容器体积变化（恒容），则反应物与生成物浓度不变，压强同时增加，反应平衡不变。 b、若反应前后允许容器体积变化（恒压），加入惰性气体后容器体积增大，此时相当于减少了反应物与生成物的浓度，反应继续向气体摩尔量多的一侧进行。 若是加了在化学式中的气体，会以浓度来影响化学平衡的左右。 （5）催化影响 仅改变反应进行的速率，并不影响平衡的改变，即对正逆反应的影响程度是一样的。 自由能练习 一、选择题（每题有1个或2个正确选项） 1. 下列过程是非自发的是（ ） 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 2. 水的三态的熵值的大小关系正确的是（ ） A. Sm(s) >Sm(l) >Sm(g) B. Sm(l) >Sm(s) >Sm(g) C. Sm(g) >Sm(l) >Sm(s) D. Sm(g) >Sm(s) >Sm(l) 3. 下列过程不用熵判据判断的是（ ） A. 氯化铵与结晶氢氧化钡混合研磨，很快会闻到刺激性气味 B. 冬天一杯热水很快变冷 C. 有序排列的火柴散落时成为无序排列 D. 多次洗牌以后，扑克牌毫无规律的混乱排列的几率大 4. 下列有关说法中正确的是（ ） A. 焓变大于零的反应一定不能自发进行 B. 焓变小于零的反应一定能自发进行 C. 焓变小于零且熵增加的过程对应的反应能自发进行 D. 对于同一物质来讲，熵值的大小与其状态有关，固态物质的熵值最大 5．下列说法中正确的是(　　) A．能自发进行的反应一定能迅速发生反应 B．非自发进行的反应一定不可能发生反应 C．能自发进行的反应实际可能没有发生反应 D．常温下，2H2O2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应 6. 下列过程属于熵增加的是（ ） A. 一定条件下，水由气态变为液态 B. 2H2(g)+O2(g) ==2H2O(g) C. 散落的火柴的无序排列 D. NH4HCO3(s) ==NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) 7. 下列说法中正确的是（ ） A. 凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的 B. 自发反应一定是熵增大，非自发反应一定是熵减小或不变 C. 自发反应在恰当条件下才能实现 D. 自发反应在任何条件下都能实现 8. 某化学反应其△H＝-122 kJ/mol，∆S=231 J/(mol·K)，则此反应在下列哪种情况下可自发进行（ ） 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．仅在高温下自发进行 D．仅在低温下自发进行 9. 对于化学反应能否自发进行，下列说法中错误的是 ( ) A．若ΔH＜0，ΔS＞0，任何温度下都能自发进行 B．若ΔH＞0，ΔS＜0，任何温度下都不能自发进行 C．若ΔH＞0，ΔS＞0，低温时可自发进行 D．若ΔH＜0，ΔS＜0，低温时可自发进行 10. 某反应在高温时能自发进行，在低温时逆反应能自发进行，则对其正反应的下列判断正确的是（ ） w.w.w.k.s.5.u.c.o.m A. 吸热反应，熵增加 B. 放热反应，熵增加 C. 放热反应，熵减小 D. 升高温度时，平衡常数K减小 11. 下列叙述中，不正确的是（ ） A．某特定反应的平衡常数仅是温度的函数 B．焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的 C．平衡常数发生变化，化学平衡必定发生移动，达到新的平衡 D．化学平衡发生移动，平衡常数必发生变化 12. 下列说法错误的是（ ） A. NH4NO3 溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程 B. 同一种物质气态时熵值最大，液态时次之，而固态时熵值最小 C. 借助专外力能自发进行的过程，其体系的能量趋向于从高能状态转变为低能状态 D. 由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，更适合于所有的过程 13．已知在等温等压条件下，化学反应方向的判据为： ΔH－TΔS<0　反应能正向自发进行 ΔH－TΔS＝0　反应达平衡状态 ΔH－TΔS>0　反应能逆向自发进行 (其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为热力学温标，单位为K) 设反应A(s)===D(g)＋E(g) (ΔH－TΔS)＝(－4 500＋11T)J·mol－1 要防止反应发生，温度必须(　　) A．高于409 K　　　　　　　 B．低于136 K C．高于136 K而低于409 K D．低于409 K 二、填空题 14. 已知100kPa、298.15K时石灰石分解反应： CaCO3(s) ==CaO(s)+CO2(g) ΔH（298K）=+178.3 kJ• moL-1，ΔS（298K）=+160.4 J• moL-1·K-1试判断反应的自发性及自发进行的最低温度 15. 已知：SiO2(s)+4HF(g) ===SiF4(g)+2H2O(g) ΔH（298.15K）＝-94.0 kJ• moL-1 ΔS（298.15K）＝75.8 J· moL-1·K-1 设ΔH和ΔS不随温度而变化，试求此反应自发进行的温度条件 参考答案 1. B 2. C 3. B 4. C 5. C 6. CD 7. C 8. A 9. C 10. A 11. D 12. AC 13. A 14. 在100kPa、298.15K时石灰石分解反应为非自发反应自发进行的最低温度为1112K。 15. T<1239K $