第11講化學反應的方向（教師版）高二化學講義（人教2019選擇性必修1）

第11第11講化學反應的方向知識導航知識導航課前引入自然界有一些過程是自發(fā)進行的，而且是有方向性的。自然界有一些過程是自發(fā)進行的，而且是有方向性的。例如，水總是自發(fā)地從高處流向低處，放在書包里的耳機線總是自發(fā)地纏繞到一起，而相反的過程卻不能自發(fā)進行。有些化學反應也是自發(fā)進行的，而且具有方向性。那么，如何判斷化學反應自發(fā)進行的方向呢?知識精講知識精講一、自發(fā)過程與自發(fā)反應1．自發(fā)過程：在一定條件下，不需借助外力就能____________的過程。（1）特點：①高能狀態(tài)→低能狀態(tài)（對外做功或釋放熱量）；②有序→無序（無序體系更加穩(wěn)定）。（2）實例：高山流水，自由落體，冰雪融化。2．自發(fā)反應：在給定的條件下，可以____________到顯著程度的化學反應。如：鋼鐵生銹。3．特征：具有____________，即過程的某個方向在一定條件下自發(fā)進行，而該過程逆方向在該條件下肯定不能自發(fā)進行。【答案】自發(fā)進行自發(fā)進行方向性思考與交流：自發(fā)反應不需要任何條件就能自發(fā)進行嗎？【答案】不是，如H2和O2反應需要點燃。二、焓判據1．放熱過程中體系能量_______，ΔH_______，具有自發(fā)的傾向。2．實驗發(fā)現(xiàn)，大多數放熱反應是可以自發(fā)進行的。如：Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s)ΔH=216.8kJ/mol3．有些吸熱反應也可以自發(fā)進行，如Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應是吸熱的，但是這個反應卻是可以自發(fā)進行的，故不能只根據放熱或者吸熱來判斷化學反應的方向，焓變只是影響反應方向的一種因素?！敬鸢浮拷档停?三、熵判據1．熵的定義描述體系_____________的物理量，一般用S表示。熵值越大，體系的混亂度_______。2．熵的大小同種物質的熵值與其存在狀態(tài)有關，S(g)____S(l)____S(s)。3．熵判據體系的混亂度（即熵值）增加，ΔS＞0，反應有自發(fā)的傾向。有些熵減的過程也能自發(fā)進行，如乙烯聚合為聚乙烯的反應，故熵變只是影響反應方向的一種因素。【答案】混亂程度越大＞＞四、復合判據（自由能ΔG）1.定義：在等溫、等壓條件下的封閉體系中，自由能的變化ΔG=ΔH﹣TΔS。(單位為kJ/mol)2.判斷標準：（1）當ΔG<0時，反應能自發(fā)進行；（2）當ΔG=0時，反應處于平衡狀態(tài)；（3）當ΔG>0時，反應不能自發(fā)進行。情況焓變熵變自由能變化反應能否自發(fā)進行①ΔH＜0ΔS＞0__________________②ΔH＞0ΔS＜0__________________③ΔH＜0ΔS＜0__________________④ΔH＞0ΔS＞0__________________【答案】ΔG＜0能ΔG＞0不能無法判斷無法判斷無法判斷無法判斷對點訓練對點訓練題型一：自發(fā)過程與自發(fā)反應【例1】下列過程是非自發(fā)的是A．水由高處向低處流B．氯氣和溴化鉀溶液的反應C．鐵在潮濕空氣中生銹D．室溫下水結成冰【答案】D【詳解】A．水由高處向低處流，是自發(fā)進行的過程，故A不選；B．氯氣的氧化性比溴強，氯氣能夠與KBr溶液發(fā)生置換反應，屬于自發(fā)進行的過程，故B不選；C．鐵生銹為自發(fā)進行的氧化還原反應，反應放熱，常溫下可自發(fā)進行，故C不選；D．室溫下冰會自發(fā)的融化，室溫下水結成冰不是自發(fā)進行的過程，故D選；故選D。題型二：熵的大小比較【變2】判斷下列反應的熵值的變化，在橫線上填入“增大”“減小”或“不變”。(1)：_______。(2)：_______?！敬鸢浮繙p小不變【詳解】(1)反應中，氣體分子數減少，混亂度減小，熵減小；(2)反應中，氣體分子數不變，混亂度幾乎不變，熵幾乎不變。題型三：自由能判斷反應進行的方向【變31】下列說法不正確的是A．室溫下不能自發(fā)進行，說明該反應的B．放熱及熵增加的反應，一定能自發(fā)進行C．已知反應，高溫下為自發(fā)過程，低溫下為非自發(fā)過程D．知道了某過程有自發(fā)性之后，則可確定過程是否一定會發(fā)生【答案】D【詳解】A．根據反應方程式，該反應為熵增，根據進行分析，該反應不能自發(fā)進行，＞0，因此可以說明該反應為，故A說法正確；B．放熱反應，推出＜0，熵增，推出＞0，根據復合判據，任何溫度下，該反應都能自發(fā)進行，故B說法正確；C．該反應是熵增，推出＞0，該反應，根據復合判據，高溫下能夠自發(fā)進行，低溫下非自發(fā)進行，故C說法正確；D．過程的自發(fā)性只能用于判斷過程的方向，不能確定過程是否一定會發(fā)生和過程發(fā)生的概率，故D說法錯誤；答案為D?！咀?2】現(xiàn)有兩個熱化學反應方程式：(l)+H2(g)(l)ΔH＞0①(l)+2H2(g)(l)ΔH＜0②下列說法正確的是A．反應①②中都存在：ΔS＞0B．反應①一定不能自發(fā)進行C．在通常情況下，①②都能自發(fā)進行D．反應②高溫時，可自發(fā)進行【答案】B【詳解】A．由題中熱化學反應方程式可知，反應①②均為熵減反應，即ΔS＜0，A項錯誤；B．由題可知，反應①ΔH＞0，ΔS＜0，則ΔHTΔS＞0，所有溫度下反應都不能自發(fā)進行，B項正確；C．由B項可知，反應①在所有溫度下都不能自發(fā)進行；反應②的ΔH＜0，ΔS＜0，則在低溫條件下，ΔHTΔS＜0，即反應②低溫時，可自發(fā)進行，C項錯誤；D．由題可知，反應②ΔH＜0，ΔS＜0，則在低溫條件下，ΔHTΔS＜0，即反應②低溫時，可自發(fā)進行，D項錯誤；答案選B?！纠?】已知體系自由能變化時反應能自發(fā)進行．兩個氫化反應的與溫度的關系如圖所示，下列說法正確的是A．反應①的B．反應②在時的反應速率很快C．溫度大于時，反應①能自發(fā)進行D．反應②的【答案】C【分析】由圖像分析可知：反應①隨溫度的升高，逐漸減??；反應②隨溫度的升高逐漸增大，結合分析解答?！驹斀狻緼．反應①隨溫度的升高，逐漸減小，則，故A錯誤；B．該題我們可以推測自發(fā)反應時的溫度，但無法推測什么溫度的反應快慢，故B錯誤；C．因時，反應能自發(fā)進行，反應①在溫度大于1000℃時，故此時反應①能自發(fā)進行，故C正確；D．根據數學知識可知，為該圖像的截距，而反應而的截距小于0，故，故D錯誤；答案選C?！咀?2】已知異丁烯與HCl發(fā)生加成反應有兩種可能，反應歷程及能量變化如圖1、圖2所示：

下列說法錯誤的是A．反應①比反應②速率快B．過渡態(tài)Ⅰ比過渡態(tài)Ⅱ穩(wěn)定C．異丁烯與HCl發(fā)生加成反應的主要產物為(CH3)3CClD．異丁烯與HCl發(fā)生加成反應是放熱反應，故能自發(fā)進行【答案】D【詳解】A．生成①的過程所需活化能較低，則反應速率較快，故A正確；B．過渡態(tài)Ⅰ能量較低，則比過渡態(tài)Ⅱ穩(wěn)定，故B正確；C．活化能越低，反應越易進行，可知異丁烯與HCl發(fā)生加成反應的主要產物為(CH3)3CCl，故C正確；D．根據圖像可知反應物總能量高于生成物總能量，因此異丁烯與HCl發(fā)生加成反應是放熱反應，但能否能自發(fā)進行還需要考慮熵變，故D錯誤；故選D?！纠?】回答下列問題：(1)用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解，發(fā)生反應：，該反應的?H________(填“>”或“<”，下同)0，?S_______0，在低溫下，該反應________(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。(2)超音速飛機在平流層飛行時，尾氣中的NO會破壞臭氧層。科學家正在研究利用催化技術將尾氣中的NO和CO轉變成CO2和N2，化學方程式為。反應在常溫下能夠自發(fā)進行，則反應的?H______(填“>”或“<”)0。(3)已知在、時石灰石分解反應的、。①常溫下，該反應________(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。②據本題反應數據分析，溫度________(填“能”或“不能”)成為反應進行方向的決定因素。(4)已知，該反應能夠自發(fā)進行的反應條件是______。(5)某吸熱反應能自發(fā)進行，則該反應的?S_____(填“>”或“<”)0?！敬鸢浮?gt;>不能<不能能高溫>【詳解】(1)由于在中燃燒生成為放熱反應，則二氧化碳分解生成和氧氣的反應為吸熱反應，，根據化學方程式可知，反應后氣體的化學計量數之和增加，，故低溫下，反應不能自發(fā)進行。(2)時反應自發(fā)進行，通過化學方程式可知常溫下，常溫下反應能夠自發(fā)進行，則。(3)①根據時反應自發(fā)進行，已知，，則常溫下不能自發(fā)進行；②該反應的、，高溫條件下能使，而常溫條件下，則該反應中溫度能成為決定反應進行方向的因素。(4)該反應的、，則高溫時，反應能自發(fā)進行。(5)已知某吸熱反應能自發(fā)進行，即，，則。提分特訓提分特訓【題1】下列說法正確的是A．在常溫下，放熱反應能自發(fā)進行吸熱反應不能自發(fā)進行B．，能自發(fā)進行的原因是＞0C．焓變和熵變均可以單獨作為反應自發(fā)性的判斷依據D．在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑可以改變化學反應進行的方向【答案】B【詳解】A．△HT△S＜0的反應可自發(fā)進行，則常溫下放熱反應、吸熱反應均可能自發(fā)進行，故A錯誤；

B．△H=+185.57

kJ?mol1，能自發(fā)進行的原因是△S＞0，可滿足△HT△S＜0，故B正確；

C．焓變和熵變單獨作為反應自發(fā)性的判斷依據，不夠準確，故C錯誤；

D．使用催化劑不能改變化學反應進行的方向，故D錯誤；

故選：B。【題2】下列說法中正確的是A．吸熱反應反應一定不能發(fā)生反應B．某吸熱反應能自發(fā)進行，因此該反應是熵增反應C．需要加熱才能發(fā)生的反應，一定是吸熱反應D．催化劑可以改變反應進行的方向【答案】B【詳解】A．吸熱反應在一定條件下能發(fā)生反應，例如加熱時碳和二氧化碳可以反應生成CO，A錯誤；B．某吸熱反應能自發(fā)進行，即ΔH＞0，根據ΔG=ΔH－TΔS＜0可知該反應一定是熵增反應，B正確；C．需要加熱才能發(fā)生的反應，不一定是吸熱反應，例如碳燃燒等，C錯誤；D．催化劑可以改變反應速率，不能改變反應進行的方向，D錯誤；答案選B。【題3】實驗證明，多數能自發(fā)進行的反應都是放熱反應。對此說法的理解正確的是A．所有的放熱反應都是自發(fā)進行的B．所有的自發(fā)反應都是放熱的C．焓變是影響反應是否具有自發(fā)性的一個重要因素D．焓變是決定反應是否具有自發(fā)性的唯一因素【答案】C【詳解】多數能自發(fā)進行的反應都是放熱反應，并不是所有自發(fā)進行的反應都是放熱反應，如氯化銨晶體與氫氧化鋇晶體的反應是自發(fā)進行的吸熱反應，所以只能說焓變是影響反應是否具有自發(fā)性的一個重要因素，但不是唯一因素，C正確。

故選C。【題4】在工業(yè)生產中，對能夠發(fā)生的化學反應，研究和選擇合適的反應條件才有實際意義。恒溫恒壓下，下列過程一定不能自發(fā)進行的是A．4HCl(g)+O2(g)=2Cl2(g)+2H2O(g)△H<0B．CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s)△H<0C．2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)△H>0D．2H2O(1)+O2(g)=2H2O2(aq)△H>0【答案】D【分析】根據△G=△HT△S，若△H＜0且△S＞0，則反應自發(fā)進行；若△H＞0且△S＜0，則反應不能自發(fā)進行；若△H＞0且△S＞0，則反應在高溫下自發(fā)進行；若△H＜0且△S＜0，則反應在低溫下自發(fā)進行?！驹斀狻緼．隨著反應的進行，氣體的物質的量減少，△S＜0，又△H<0，故低溫可自發(fā)進行，A不符合題意；B．隨著反應的進行，氣體的物質的量減少，△S＜0，又△H<0，故低溫可自發(fā)進行，B不符合題意；C．隨著反應的進行，氣體的物質的量增多，△S＞0，又△H<0，故可自發(fā)進行，C不符合題意；D．隨著反應的進行，氣體的物質的量減少，△S＜0，又△H＞0，故不能自發(fā)進行，D符合題意；故選D?！绢}5】下列對化學反應預測不正確的是選項化學方程式已知條件預測AW(s)＋G(g)=2Q(g)任何溫度都自發(fā)進行ΔH＜0B4M(s)＋N(g)＋2W(l)=4Q(s)常溫下自發(fā)進行ΔH＞0B3C(s)＋CaO(s)=CaC2(s)＋CO(g)常溫下不能自發(fā)進行ΔH＞0D2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)常溫下能夠自發(fā)進行ΔH＜0A．A B．B C．C D．D【答案】B【詳解】A．W(s)+G(g)═2Q(g)反應為氣體的化學計量數增大的反應，△S＞0，△H＜0，反應能夠自發(fā)進行，A正確；B．4M(s)+N(g)+2W(l)═4Q(s)為氣體的化學計量數減小的反應，△S＜0，當△H＞0時，△HT△S＞0，一定不能自發(fā)進行，B錯誤；C．3C(s)＋CaO(s)=CaC2(s)＋CO(g)的?S＞0，在常溫下不能自發(fā)進行，則表明反應吸熱，即說明該反應的ΔH＞0，C正確；D．常溫下，2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)的?S＜0，能夠自發(fā)進行，則表明反應放熱，即該反應的ΔH＜0，D正確；故答案為：B?！绢}6】判斷正誤(1)ΔH＜0，ΔS＞0的反應在溫度低時不能自發(fā)進行_______(2)一定溫度下，反應MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0_______(3)反應NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進行，則該反應的ΔH＜0_______(4)2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進行，則該反應的ΔH＞0_______(5)SO2(g)=S(g)＋O2(g)ΔH＞0，ΔS＞0，該反應不能自發(fā)進行_______(6)SO2(g)＋2H2S(g)=3S(s)＋2H2O(l)ΔH＜0，低溫下能自發(fā)進行_______(7)常溫下，反應C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自發(fā)進行，則該反應的ΔH＞0_______(8)在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑可以改變化學反應進行的方向_______(9)放熱過程有自發(fā)進行的傾向性，但并不一定能自發(fā)進行，吸熱過程沒有自發(fā)進行的傾向性，但在一定條件下也可自發(fā)進行_______(10)NH4HCO3(g)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH=185.57kJ·mol1能自發(fā)進行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉變的傾向_______【答案】錯誤正確正確錯誤錯誤正確正確錯誤正確正確【詳解】(1)ΔH＜0，ΔS＞0的反應，所有溫度下△HT△S＜0，反應自發(fā)進行，故錯誤；(2)一定溫度下，反應MgCl2(l)Mg(l)＋Cl2(g)是吸熱反應ΔH＞0，氣體分子數增大的反應ΔS＞0，故正確；(3)反應NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進行△HT△S＜0，，又△S＜0，則該反應的ΔH＜0，故正確；(4)2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常溫下能自發(fā)進行△HT△S＜0，，又△S＜0，則該反應的ΔH＜0，故錯誤；(5)SO2(g)=S(g)＋O2(g)ΔH＞0，ΔS＞0，該反應在高溫下能自發(fā)進行，故錯誤；(6)SO2(g)＋2H2S(g)=3S(s)＋2H2O(l)ΔH＜0，又△S＜0，低溫下能自發(fā)進行，故正確；(7)常溫下，反應C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自發(fā)進行，△HT△S＞0，ΔS＞0，則該反應的ΔH＞0，故正確；(8)在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑只改變反應速率，不影響平衡的移動，使用催化劑不可以改變化學反應進行的方向，故錯誤；(9)放熱過程有自發(fā)進行的傾向性，但并不一定能自發(fā)進行，吸熱過程沒有自發(fā)進行的傾向性，但在一定條件下也可自發(fā)進行，還要看△HT△S的值，故正確；(10)NH4HCO3(g)=NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH=185.57kJ·mol1，該反應為吸熱反應，不能自發(fā)進行；而最終該反應能自發(fā)進行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉變的傾向，故正確；提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】下列說法正確的是A．非自發(fā)的反應一定可以通過改變條件使其成為自發(fā)反應B．相同物質的量的同種物質氣態(tài)時熵值最小，固態(tài)時熵值最大C．反應在室溫下可自發(fā)進行，則該反應的D．恒溫恒壓下，且的反應一定不能自發(fā)進行【答案】C【詳解】A．且的反應，即使改變條件也不能自發(fā)進行，A錯誤；B．熵是指體系的混亂程度，相同物質的量的同種物質：，B錯誤；C．反應能自發(fā)進行的判據是，由反應方程式可知，該反應的，要使，必須滿足，C正確；D．恒溫恒壓下，且的反應，，反應一定可以自發(fā)進行，D錯誤；選C?！揪?】以下判斷正確的是A．C(s)+CO2(g)=2CO(g)△H＞0，該反應常溫下不能自發(fā)B．2Mg(s)+O2(g)=2MgO(s)△H＜0，該反應高溫才能自發(fā)C．自發(fā)反應的熵一定增大，非自發(fā)反應的熵一定減小D．放熱反應都可以自發(fā)進行，而吸熱反應不能自發(fā)進行【答案】A【詳解】A．在高溫下△G=△HT△S＜0反應能進行，△H＞0，該反應常溫下不能自發(fā)，故A正確；B．△G=△HT△S＜0反應能進行，由于△H＜0，則該反應在常溫就能自發(fā)進行，故B錯誤；C．自發(fā)進行的反應熵值不一定增大，化學反應的方向由焓變和熵變共同決定，非自發(fā)反應的熵不一定減小，故C錯誤；D．不能根據焓變判斷反應的自發(fā)性，放熱反應不一定都是自發(fā)進行的，吸熱反應也可能是自發(fā)進行，如碳酸氫銨的分解，故D錯誤；故選A?！揪?】對于化學反應能否自發(fā)進行，下列說法中錯誤的是A．非自發(fā)過程在一定條件下可能變成自發(fā)過程B．若△H>0，△S＜0，任何溫度下都不能自發(fā)進行C．若△H＜0，△S>0，任何溫度下都能自發(fā)進行D．需要加熱才能夠進行的過程肯定不是自發(fā)過程【答案】D【詳解】A．非自發(fā)過程在一定條件下可能變成自發(fā)過程,如銅和稀硫酸在電解條件下可發(fā)生，故A正確；B．若△H>0，△S＜0，則△HT△S>0任何溫度下都不能自發(fā)進行，故B正確；C．若△H＜0，△S>0，則△HT△S<0任何溫度下都能自發(fā)進行,故C正確；D．需要加熱才能夠進行的過程可能是自發(fā)過程，如碳酸鈣高溫分解，故D錯誤；故答案為：D【練4】下列關于化學反應方向及其判據的說法中正確的是A．1molSO3在不同狀態(tài)時的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)]B．常溫下，反應C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自發(fā)進行，則該反應的ΔH>0C．放熱反應都可以自發(fā)進行，而吸熱反應不能自發(fā)進行D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g)ΔH>0能否自發(fā)進行與溫度無關【答案】B【詳解】A．物質聚集狀態(tài)不同熵值不同，氣體S>液體S>固體S，1molSO3在不同狀態(tài)時的熵值：S[SO3(s)]<S[SO3(1)]<S[SO3(g)]，故A錯誤；B．反應的自發(fā)性由焓變和熵變共同決定，該反應為，常溫不能自發(fā)，說明高溫時，說明則該反應的ΔH>0，故B正確；C．反應的自發(fā)性由焓變和熵變共同決定，當時反應能自發(fā)進行，時反應不能自發(fā)進行，焓變小于零的反應，，若，高溫下可以，反應不能自發(fā)進行，熵變大于零的反應，，若，高溫下可以時反應可自發(fā)進行，故C錯誤；D．、，由的反應可自發(fā)進行，可知能否自發(fā)進行與溫度有關，故D錯誤；故答案為B?！揪?】下列關于判斷過程的方向的說法正確的是A．所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱反應B．自發(fā)反應在任何條件下都能發(fā)生C．由焓判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適合于所有的過程D．同一物質的固，液、氣三種狀態(tài)的熵值相同【答案】C【詳解】A．反應能否自發(fā)進行取決于焓變和熵變的復合判據，對于吸熱反應，在一定溫度下也能進行，故A錯誤；B．反應是否自發(fā)進行，由熵變、焓變、溫度共同決定，故B錯誤；C．△G=△HT?△S＜0時，反應能自發(fā)進行，適合于所有的過程，所以由能量判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適合于所有的過程，故C正確；D．熵值表示混亂度的大小，混亂度越大，熵值越大，同一物質的固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)混亂度依次增大，