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(共8張PPT)
第三節 化學反應的方向
知識點 1 自發過程與自發反應
必備知識 清單破
自發過程 自發反應 含義 在一定條件下,不需借助外力就能自發進行的過程 在給定的條件下,可以自發進行的化學反應 特征 具有方向性,即過程的某個方向在一定條件下自發進行,而該過程逆方向在該條件下肯定不能自發進行 舉例 水從高處流向低處、冰雪融化 鋼鐵生銹
應用 可被用來完成有用功,如H2燃燒可設計成原電池
知識點 2 化學反應進行的方向與焓變、熵變的關系
1.焓判據
(1)體系趨向于從高能量狀態轉化為低能量狀態(這時體系往往會對外做功或釋放能量),這一
經驗規律稱為焓判據。
(2)大多數放熱反應(ΔH<0)可以自發進行,但有些吸熱反應(ΔH>0)也能自發進行。因此,反應
焓變是與反應進行的方向有關的因素之一,但不是決定反應能否自發進行的唯一因素。
2.熵判據
(1)熵判據即熵增原理,體系趨向于從有序體系轉變為無序體系,即熵增(ΔS>0)過程中體系無
序程度提高,具有自發進行的傾向。
(2)與焓判據類似,熵判據也不適用于所有反應。大多數自發反應屬于熵增反應,如2KClO3(s)
2KCl(s)+3O2(g);但也有些自發反應屬于熵減反應,如4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)
4Fe(OH)3(s);還有些熵增反應在溫度較低的條件下不能自發進行,如C(s)+H2O(g) CO(g)+
H2(g)在高溫條件下才能自發進行。
3.利用復合判據判斷化學反應進行的方向【詳見定點】
知識辨析
1.自發反應一定能發生,而非自發反應一定不能發生,這種說法對嗎
2.自發反應一定很容易發生,這種說法對嗎
3.自發進行的反應化學反應速率一定很快,反應程度一定很大,這種說法對嗎
4.反應NH4HCO3(s) NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57 kJ·mol-1,能自發進行,是因為體
系有自發地向混亂度增大的方向轉變的傾向,這種說法對嗎
一語破的
1.不對。反應的自發性受外界條件的影響,即某些自發反應需在一定條件下才能發生,非自發
反應具備了一定條件也能發生。例如:C的燃燒是一個自發反應,但需要借助外界條件“點
燃”才能發生。
2.不對。自發反應在一定條件下無需外界幫助就能自發進行,但并不一定很容易發生。
3.不對。自發性僅能用于判斷過程的方向,不能用于判斷反應快慢及反應程度。
4.對。所給反應是吸熱反應、熵增反應,利用復合判據ΔG=ΔH-TΔS可知,反應能自發進行的
原因是混亂度增大(ΔS>0)。
關鍵能力 定點破
定點 利用復合判據判斷化學反應進行的方向
1.復合判據
　　焓判據與熵判據都有一定的局限性,不能用單一判據來判斷化學反應進行的方向。在焓
判據與熵判據的基礎上,用復合判據來判斷反應進行的方向更為準確。

2.溫度對反應方向的影響

典例 工業合成氨是人類科學技術的一項重大突破,其反應為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=
-92.4 kJ·mol-1 ΔS=-200 J·mol-1·K-1。
合成氨反應在常溫下　　　 (填“能”或“不能”)自發進行。
思路點撥 此類題需利用ΔG=ΔH-TΔS進行判斷,一般ΔH的單位為kJ·mol-1,ΔS的單位為J·mol-1·K-1,所以在進行計算時要先統一ΔH、ΔS的單位。
解析 對于合成氨反應,常溫下,ΔG=ΔH-TΔS=-92.4 kJ·mol-1-298 K×(-0.2 kJ·mol-1·K-1)=
-32.8 kJ·mol-1<0,故合成氨反應在常溫下能自發進行。
答案　能第二章　化學反應速率與化學平衡
第三節　化學反應的方向
基礎過關練
題組一　　自發過程與自發反應
1.下列說法中正確的是 (　　)
A.能夠自發進行的反應一定是放熱反應
B.自發反應的熵一定增大,非自發反應的熵一定減小
C.知道了某過程有自發性之后,可預測過程發生反應的快慢
D.熵增且放熱的反應一定是自發反應
2.化學與生活息息相關。下列不能自發進行的是 (　　)
A.墨汁加到清水中使整杯水變黑
B.水在0 ℃以下結為冰
C.石灰石轉化為生石灰
D.水從高處往低處流
題組二　　焓變、熵變
3.在下列變化中,體系熵減的是 (　　)
A.硝酸銨溶于水　　　　　 B.固體碘升華
C.氯酸鉀分解制備氧氣　　　　　 D.乙烯聚合為聚乙烯
4.如圖所示,在圖(1)中A、B兩容器里分別收集著兩種互不作用的理想氣體。壓強不變,若將中間活塞打開[如圖(2)],兩種氣體分子立即都占滿了兩個容器。這是一個不需要外界的任何作用的過程。關于此過程下列說法錯誤的是 (　　)
(1)　(2)
理想氣體的自發混合
A.是從混亂度小向混亂度大的方向變化的過程,即熵增的過程
B.為自發過程,而且沒有熱量的吸收或放出
C.從有序到無序
D.只有在一定溫度下,此過程是自發進行的
5.(經典題)下列有關說法不正確的是 (　　)
A.Na與H2O的反應是熵增的放熱反應,該反應能自發進行
B.某吸熱反應能自發進行,因此該反應一定是熵增反應
C.通常情況下,一個放熱且熵增的反應也有可能非自發進行
D.反應NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)在室溫下可自發進行,則該反應的ΔH<0
題組三　　化學反應方向的判斷
6.汽車尾氣(含烴類、CO、NO與SO2等)治理辦法之一是在汽車排氣管上裝催化轉化器,反應原理為2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g),在298 K、101 kPa下,ΔH=-113 kJ·mol-1、ΔS=-145 J·mol-1·K-1。下列說法錯誤的是 (　　)
A.由ΔH=-113 kJ·mol-1可知,當有2 mol NO(g)被消耗時反應放出113 kJ的熱量
B.可根據計算ΔG是否小于0,判斷常溫下該反應是否能自發進行
C.使用催化劑可以加快反應速率
D.該反應是熵增的反應
7.下列說法正確的是 (　　)
A.常溫下反應C(s)+CO2(g) 2CO(g)不能正向自發進行,則該反應的ΔH<0
B.反應2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)能正向自發進行,則該反應的ΔH<0
C.P4(s)+3NaOH(aq)+3H2O(l) 3NaH2PO2(aq)+PH3(g)　ΔH>0,該反應常溫下能正向自發進行,則ΔS<0
D.反應SiO2(s)+3C(s) SiC(s)+2CO(g)常溫下不能正向自發進行,則該反應的ΔH<0
能力提升練
題組一　　反應焓變、熵變的分析與判斷
1.氧氣在生產生活中有廣泛的應用,1 mol O2隨溫度升高時的熵(S)的變化示意圖如圖,下列說法不正確的是 (　　)
A.由圖可知,1 mol O2(g)的熵值不是定值
B.物質的熵值與物質的組成、狀態、溫度等因素有關
C.熵值由94 J·mol-1·K-1→170 J·mol-1·K-1的過程中O2由液態轉化為氣態
D.相同溫度和壓強下,O4(g)、O3(g)、O2(g)的熵值依次減小
2.(易錯題)氮化硼(BN)是重要的無機材料,可通過下面兩個反應制得:
反應Ⅰ:2B(s)+N2(g) 2BN(s)
反應Ⅱ:B2O3(s)+2NH3(g) 2BN(s)+3H2O(g)
已知反應Ⅰ常溫下能自發進行,反應Ⅱ常溫下不能自發進行。下列說法錯誤的是 (　　)
A.常溫下反應Ⅰ的ΔG<0,但無法判斷化學反應速率快慢
B.反應Ⅰ的ΔS<0,ΔH<0
C.性能優良的催化劑可使反應Ⅱ在常溫下自發進行
D.反應Ⅱ中有極性鍵的斷裂與生成
題組二　　復合判據與化學反應的方向
3.焦炭常用于冶煉工業。已知反應①:2C(s)+O2(g) 2CO(g);反應②:2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)。反應①、②的反應趨勢與溫度關系如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
A.反應②2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)的ΔS<0、ΔH<0
B.983 K是兩個反應主次趨勢變化的轉折點
C.L1對應反應①
D.當溫度低于983 K時,氧化產物以反應②生成CO2為主
4.已知甲烷隔絕空氣在不同溫度下有可能發生兩個反應:①CH4(g) C(s)+2H2(g),②2CH4(g) C2H2(g)+3H2(g)。某同學為了得到用天然氣制取炭黑的允許溫度范圍,在圖書館查到了如下數據:
①的ΔH(298 K)=+74.848 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=80.674 J/(mol·K)
②的ΔH(298 K)=+376.426 kJ·mol-1,ΔS(298 K)=220.211 J/(mol·K)
請幫助這位同學解答如下問題:
(1)反應②在　　　　(填“高溫”或“低溫”)下自發進行。
(2)反應①在常溫下　　　　(填“能”或“不能”)自發進行。
(3)求算制取炭黑的允許溫度范圍:　　　　　　　　　　。
答案與分層梯度式解析
基礎過關練
1.D 2.C 3.D 4.D 5.C 6.D 7.B
1.D　有些吸熱反應也能自發進行,A錯誤;有些自發反應的熵減小,有些非自發反應的熵增大,B錯誤;某過程的自發性與反應快慢沒有直接聯系,C錯誤;熵增且放熱的反應的ΔH-TΔS<0,一定是自發反應,D正確。
2.C　石灰石轉化為生石灰需要在高溫條件下進行,該變化過程不是自發進行的,C符合題意。
3.D　硝酸銨溶于水使自由移動離子增多,熵增,A不符合題意;固體碘升華,混亂程度增加,B不符合題意;氯酸鉀分解制備氧氣使得氣體分子數增加,混亂程度增加,熵增,C不符合題意;乙烯聚合為聚乙烯,氣體分子數減少,混亂程度減小,熵減,D符合題意。
4.D　從圖(1)到圖(2)的過程是由有序到無序的過程,為混亂度增加的過程,而且沒有熱量的吸收或放出,A、B、C正確;兩種互不作用的理想氣體等壓混合,是一個不伴隨能量變化的熵增過程,在任何溫度下都是自發的過程,D錯誤。
5.C　Na與水反應生成H2,ΔS>0,此反應為放熱反應,ΔH<0,故ΔH-TΔS<0,該反應能自發進行,A正確;吸熱反應的ΔH>0,能自發進行必須滿足ΔH-TΔS<0,所以ΔS>0,B正確;當反應是熵增且放熱的反應時,一定滿足ΔH-TΔS<0,反應一定能自發進行,C錯誤;反應NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)為熵減的反應,若在室溫下可自發進行,ΔH-TΔS<0,ΔS<0,則一定有ΔH<0,D正確。
6.D　由2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)　ΔH=-113 kJ·mol-1可知,2 mol NO(g)被消耗時反應放出113 kJ的熱量,A正確;根據ΔG=ΔH-TΔS=-113 kJ·mol-1-[298×(-145×10-3)] kJ·mol-1=-69.79 kJ·mol-1<0,可判斷常溫下該反應能自發進行,B正確;催化劑可加快化學反應速率,C正確;根據ΔS可知該反應是熵減的反應,D錯誤。
7.B　C(s)+CO2(g) 2CO(g)為熵增反應,常溫下反應不能正向自發進行,則該反應的ΔH>0,A錯誤;反應2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s)為熵減反應,能正向自發進行,則反應的ΔH<0,B正確;P4(s)+3NaOH(aq)+3H2O(l) 3NaH2PO2(aq)+PH3(g)　ΔH>0,且反應常溫下能正向自發進行,則為熵增反應,即ΔS>0,C錯誤;反應SiO2(s)+3C(s) SiC(s)+2CO(g)為熵增反應,室溫下不能正向自發進行,則該反應的ΔH>0,D錯誤。
能力提升練
1.D 2.C 3.C
1.D　由題圖可知,1 mol O2(g)的熵值隨溫度的升高而增大,可見1 mol O2(g)的熵值不是定值,A正確。物質的熵值與物質的組成、狀態、溫度等因素有關,B正確。等量的同一種物質,其熵值大小關系為氣態>液態>固態,圖像中出現的熵值由59 J·mol-1·K-1→67 J·mol-1·K-1、94 J·mol-1·K-1→170 J·mol-1·K-1兩個突變,是氧氣狀態的改變導致的,其中熵值由94 J·mol-1·K-1→170 J·mol-1·K-1是氧氣由液態變為氣態的過程,C正確。在同溫同壓下,物質的熵值的大小和其物質的量成正比,由于三者的物質的量大小關系未知,其熵值大小無法確定,D錯誤。
2.C　常溫下反應Ⅰ的ΔG<0,說明反應可以自發進行,但不能判斷化學反應速率的快慢,A正確;2B(s)+N2(g) 2BN(s)是熵減的反應,ΔS<0,該反應常溫下能自發進行,則ΔH<0,B正確;反應Ⅱ在常溫下不能自發進行,催化劑不能使不能自發進行的反應變為能自發進行的反應(易錯點),C錯誤;反應Ⅱ中有N—H鍵的斷裂及O—H鍵的生成,故反應Ⅱ中有極性鍵的斷裂與生成,D正確。
3.C　反應②的ΔS<0,273 K時能自發進行,要滿足ΔG=ΔH-TΔS<0,則ΔH<0,A正確;相同條件下,ΔG越小,說明它能夠反應的趨勢越大,983 K時兩反應的ΔG相等,之后兩反應的ΔG大小關系發生變化,反應主次趨勢發生變化,所以983 K是反應主次趨勢變化的轉折點,B正確;溫度大于0,反應①的ΔS>0,則-ΔS<0,所以斜率小于0,L2對應反應①,C錯誤;當溫度低于983 K時,L1的ΔG更小,L1對應反應②,所以以反應②為主,氧化產物以CO2為主,D正確。
4.答案　(1)高溫　 (2)不能　(3)927.8~1 709.4 K
解析　(1)當ΔH-TΔS<0時,反應能自發進行,由題給數據可知,反應②自發進行時反應溫度T>≈1 709.4 K,則該反應在高溫下才能自發進行。
(2)由題給數據可知,常溫下,反應①ΔH-TΔS=+74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ/(mol·K)×298 K≈50.807 kJ·mol-1>0,則該反應常溫下不能自發進行。
(3)由題給數據可知,反應①自發進行時反應溫度T>≈927.8 K,反應②自發進行時反應溫度T>1 709.4 K,則利用甲烷制取炭黑溫度控制在927.8~1 709.4 K內。
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