?2-4《化学反应进行的方向》课时练
双基练习
1．在图甲中的A、B两容器里，分别收集着两种互不作用的理想气体。若将中间活塞打开(如图乙所示)，两种气体分子逐渐都扩散到两个容器中。这是一个不伴随能量变化的自发过程。关于此过程的下列说法不正确的是( )
甲
乙
A．此过程为混乱程度小的向混乱程度大的方向的变化过程，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
解析：一个过程是自发的，则它的逆过程必然是非自发的。
答案：D
2．能用焓判据判断下列过程的方向的是( )
A．水总是自发地由高处往低处流
B．放热反应容易自发进行，吸热反应不能自发进行
C．有序排列的火柴散落时成为无序排列
D．多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大
解析：水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。有些吸热反应也可以自发进行，例如，在25℃和1.01× 105Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7kJ/mol，(NH4)2CO3===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74.9kJ/mol，不难看出，上述两个反应都是吸热反应，又都是熵增加的反应，显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，属于熵判据。扑克牌的无序排列也属于熵判据。
答案：A
3．在298 K时，NaCl在水中的溶解度为26 g。如将1 mol NaCl溶解在1 L水中，此溶解过程中体系的ΔH－TΔS和熵如何变化( )
A．ΔH－TΔS＞0，ΔS＜0
B．ΔH－TΔS＜0，ΔS＞0
C．ΔH－TΔS＞0，ΔS＞0
D．ΔH－TΔS＜0，ΔS＜0
解析：NaCl(s)溶解于水中是自发进行的过程，故ΔH－TΔS＜0；NaCl(s)===NaCl(aq)，体系的混乱度增大，ΔS＞0。
答案：B
4．(2011·潮州高二检测)水的三态的熵值的大小关系正确的是(Sm表示1 mol物质的熵值)( )
A．Sm(s)＞Sm(l)＞Sm(g) B．Sm(l)＞Sm(s)＞Sm(g)
C．Sm(g)＞Sm(l)＞Sm(s) D．Sm(s)＝Sm(l)＝Sm(g)
解析：同一种物质处于气态时熵值最大，液态次之，固态时熵值最小。
答案：C
5．下列说法正确的是( )
A．熵增大的反应一定是自发反应
B．焓增大的反应一定是自发反应
C．熵、焓都为正值的反应是自发反应
D．ΔH－TΔS＜0的反应一定是自发反应
解析：熵、焓判据单独判断反应的自发性都有一定的局限性，只有ΔH－TΔS＜0的反应才一定是自发进行的反应。
答案：D
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．H2燃烧生成水
C．散落的火柴的无序排列
D．溶解少量食盐于水中
解析：水由气态变为液态，熵值减小，H2燃烧是熵值减小的放热反应。C、D两选项都会使体系的混乱度增大，熵值增加。
答案：CD
7．以下自发过程可用焓判据来解释的是( )
A．硝酸铵自发地溶于水
B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
ΔH＝＋56.7 kJ/mol
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
ΔH＝＋74.9 kJ/mol
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol
解析：A、B、C都是吸热反应，D是放热反应，焓判据解释过程的方向是体系趋于从高能状态转变为低能状态的，故选D。
答案：D
8．25℃、1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ/mol自发进行的原因是该反应( )
A．是吸热反应 B．是放热反应
C．是熵减反应 D．熵增效应大于能量效应
解析：该反应是吸热反应，从焓判据角度分析，不能自发进行，但该反应是一个熵增的反应，该反应可自发进行，所以应是熵增效应大于能量效应。
答案：D
9．有关化学反应的说法中，正确的是( )
A．自发反应都是放热反应
B．自发反应都是熵增加反应
C．自发反应一定能实现
D．非自发反应在一定条件下能实现
解析：自发反应有些是放热反应，有些是吸热反应；自发反应有些是熵增加的反应，有些是基本不变或熵减小的反应。对非自发反应的体系输入能量可能使反应发生。故选D。
答案：D
10．下列反应：(1)C(s)＋O2(g)===CO2(g)
(2)2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)
(3)NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g)
(4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
按ΔS由大到小的排列顺序为__________。
解析：根据凡是气体分子数增多的反应一定是熵增反应进行比较。(1)反应前后气体计量数不变；(2)反应前后气体计量数减少1；(3)反应前后气体计量数增加2；(4)反应前后气体计量数增加1。则ΔS由大到小为(3)(4)(1)(2)。
答案：(3)(4)(1)(2)
11．估计下列各变化过程是熵增加还是熵减小。
(1)NH4NO3爆炸：2NH4NO3(s)===2N2(g)＋4H2O(g)＋O2(g)( )
(2)水煤气转化：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)( )
(3)臭氧的生成：3O2(g)===2O3(g)( )
A．熵增大 B．熵减小
C．不变 D．熵变很小
解析：对于有气体参与的化学反应(有气体参与反应时，气体既可以是反应物也可以是产物)，气体的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，即是熵增大的反应；反之，气体的物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，即是熵减小的反应。若反应物中气体的物质的量与产物中气体的物质的量相等，其熵变通常都是很小的值，正负由具体的化学反应体系来决定。(1)NH4NO3的爆炸反应是气态物质的物质的量增大的化学反应：(2＋4＋1)－(0)＞0，因此该过程是熵增加的过程。(2)水煤气转化反应，气态物质的物质的量反应前后未发生变化；(1＋1)－(1＋1)＝0，估计该过程的熵变很小。(3)生成臭氧后，气态物质的物质的量减小：2－3＜0，因此该过程是熵减小的过程。
答案：(1)A (2)D (3)B
能力提升
12．某化学兴趣小组专门研究了氧族元素及其某些化合物的部分性质。反查资料信息如下：
①酸性：H2SO4＞H2SeO4＞H2TeO4
②氧、硫、硒与氢气化合越来越难，碲与氢气不能直接化合
③由元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图所示：
请完成下列问题：
(1)H2与硫化合的反应__________热量(填“放出”或“吸收”)。
(2)已知H2Te分解反应的ΔS＞0，请解释为什么Te和H2不能直接化合。________________________________________________。
(3)上述资料信息中能够说明硫元素非金属性强于硒元素的是__________(填序号)。
答案：(1)放出 (2)因为化合时ΔH＞0，ΔS＜0，ΔH－TΔS＞0，故反应不能自发进行 (3)①②③
13．已知2CO(g)??CO2(g)＋C(s)，T＝980K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS的正负符号为________ __；当体系温度高于980K时，ΔH－TΔS的正负符号为__________。在冶金工业中，以C作为还原剂，温度高于980 K时的氧化产物是以__________为主，低于980 K时以__________为主。
解析：由2CO(g)??CO2(g)＋C(s)可知ΔS＜0，T＝980 K时，ΔH－TΔS＝0，故ΔH＜0；当T＜980 K时，ΔH－TΔS＜0。以C作还原剂，T＞980 K时，2CO(g)??CO2(g)＋C(s)逆反应自发进行，氧化产物以CO为主；T＜980 K时，2CO(g)??CO2(g)＋C(s)正反应自发进行，氧化产物以CO2为主。
答案：负 正 CO CO2
14．由焓判据(以焓变为基础)(ΔH)和熵判据(ΔS)组合而成的复合判据，适合于所有过程的自发性判断。公式为ΔH－TΔS。若ΔH－TΔS＜0，反应自发进行(T指热力学温度)。电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应是：
SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g)
ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ/mol
ΔS(298.15 K)＝－75.8 J/mol·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。
解析：要使反应能够自发进行，则ΔH－TΔS＜0，
即－94.0 kJ/mol－T×(－75.8×10－3 kJ/mol·K－1)＜0
T＜＝1.24×103 K
答案：T＜1.24×103 K
15．对于一个化学反应能否自发进行，可用ΔH－TΔS来判断，若ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行；若ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料燃烧不完全所产生的一氧化碳，它们是现代化城市的重要大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出用以下反应来治理汽车尾气：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，你能否判断这一方案是否可行？理论根据是什么？(已知在298K、101kPa下，该反应的ΔH＝－113.0 kJ/mol，ΔS＝－145.3 J/mol·K－1)
解析：代入ΔH－TΔS＝－69 700.6kJ/mol＜0，故这一方案可行。
答案：可行。将ΔH、ΔS、T的数据代入式子ΔH－TΔS，得ΔH－TΔS＜0，故反应能自发进行。
课件62张PPT。
第四节 化学反应进行的方向
1．了解放热反应的自发性和某些吸热反应的自发性。
2．通过“有序”和“无序”的对比，理解熵的概念。
3．初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
一、自发过程与自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助于________，就可以________的过程。
(2)特点
①体系趋向于从________状态转变为________状态(体系对外部________或者________热量)。
②在密闭条件下，体系有从________自发转变为________的倾向。2．自发反应
在给定的一组条件下，可以________地进行到显著程度的反应。
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据
放热反应过程中体系能量________，具有自发进行的倾向，因此可用________来判断反应进行的方向。2．熵判据
(1)熵
用来度量体系________程度的物理量。熵值越大，________程度越大。符号为________。单位：J·mol－1·K－1。
(2)熵值大小的比较
同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)________S(l)________S(s)。(3)熵增原理
在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵________，即熵变(符号△S)________零。
(4)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________来判断反应进行的方向。
3．复合判据
过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程________和过程________，若允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。综合考虑________和________的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方向来判断反应进行的方向是不全面的。答案：
一、1.(1)外力 自动进行 (2)①高能 低能 做功 释放 ②有序 无序 2.自发
二、1.降低 焓变 2.(1)混乱 混乱 S (2)＞ ＞ (3)增大 大于 (4)增加 熵增 熵变 3.是否一定会发生 发生的速率焓判据 熵判据
1．“自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生”，这句话对吗？说明理由。
提示：不对。某些自发反应需在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备了一定条件也能发生。如甲烷燃烧是自发反应，但需点燃或加热才能反应；石灰石分解为氧化钙和二氧化碳为非自发反应，在高温下可以发生。2．是否△S＞0的过程一定能自发进行，△S＜0的过程一定不能自发进行？
提示：不是。一个过程的△S＞0，只能说明该过程有自发进行的倾向，而这个过程是否一定会发生则不能确定；△S＜0的过程也能自发进行，如－10℃的液态水会自动结冰成为固态。
1.自发过程：在一定条件下不用借助于外力就可以自动进行的过程。
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到显著程度，就称为自发反应。
3．非自发反应：不能自发的进行，必须借助某种外力才能进行的反应。说明：1.自发过程和自发反应可被用来完成有用功，如向下流动的水可推动机器，甲烷燃烧可在内燃机中被利用来做功，锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池，可将氢气燃烧反应设计成燃料电池等。
2．非自发过程要想发生，就必须有外力对它做功，如利用水泵可将水从低处引向高处，通电可将水分解生成氢气和氧气等。●案例精析
【例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
[解析] 自然界中水由高处向低处流、煤气的燃烧、气体从高密度处向低密度处扩散、室温下冰的融化都是自发过程，其逆向都是非自发的。[答案] B
[点评] 了解、总结日常生活中和自然界中的一些自发过程。
知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：
C(金刚石、s)＋O2(g)＝CO2(g)；ΔH＝－395.41 kJ·mol－1
C(石墨、s) ＋O2(g)＝CO2(g) ；ΔH＝ －393.5 kJ·mol－1，关于金刚石和石墨的相互转化，下列说法正确的是
( )
A．石墨转化成金刚石是自发进行的过程
B．石墨比金刚石能量低
C．金刚石转化成石墨是自发进行的过程
D．金刚石比石墨能量低
[解析] 由热化学方程式可知，石墨比金刚石能量低，1 mol 石墨转化为1 mol金刚石吸收1.9 kJ 的热量，金刚石转化为石墨是放热反应，根据化学反应的能量判据可知此反应是自发进行的反应。所以B、C正确。
[答案] BC
[点评] 能自发发生的反应和反应热有密切联系，放热反应常常是容易进行的过程。
(1)焓判据：(2)熵判据：(3)焓变与熵变对反应方向的共同影响：●案例精析
【例2】 下列说法正确的是 ( )
A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B．NH4HCO3(s)＝NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ/ mol，能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向[解析] 正确解答本题，首先要明确焓判据和熵判据对化学反应方向的影响，然后利用自由能变化(复合判据)进行综合分析判断，同时要注意催化剂在化学反应中的作用。A项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；C项错误的原因是应将二者综合起来即利用复合判据进行判断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向。
[答案] B[点评] 焓变和熵变都是与反应能否自发进行有关的因素，但又都不能独立地作为反应自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变对反应方向的综合影响。【例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＝－2180.9 J·mol－1，△S＝－6.61 J·mol－1·K－1，当△H－T△S＜0时能自发反应)
A．会变 B．不会变
C．不能确定 D．升高温度才会变[解析] 在等温、等压条件下，自发反应总是向着△H－T△S＜0的方向进行，直至达到平衡状态。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△H－T△S值的问题。△H－T△S＝－2180.9 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灰锡。
[答案] A
[点评] 一个化学反应能否自发进行，既与反应的焓变有关，又与反应的熵变有关。
下列过程的方向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[解析] A项2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O＝2NH3↑＋BaCl2＋10H2O是可以自发进行的吸热反应，产生NH3和液态水混乱度增大，属于熵判据。B项有趋向于最低能量状态的倾向，属于能量判据。C项有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，属于熵判据。D项扑克牌的无序排列也属于熵判据。
[答案] B
[点评] 体系存在着力图使自身能量最低，即从高能状态转变到低能状态的倾向，但只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。
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[解析] 放热反应常常是容易进行的过程，吸热反应有些也是自发反应，自发反应的熵不一定增大，可能减少，也可能不变。过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件。
[答案] C
[点评] 能量判据和熵判据要综合考虑利用，不能简单的单一使用。
解化学平衡题的几种思维法：
1．平衡模式思维法(或三段思维法)
化学平衡计算中，依据化学方程式列出“起始”、“变化”“平衡”时各物质的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件建立代数等式而进行解题的一种说法。
如反应mA(g)＋nB(g)?? pC(g)＋qD(g)，令A、B的起始量分别为a mol、b mol，达到平衡后A的转化率为x。则有【例1】 在一定体积的密闭容器中放入3 L气体R和5 L气体Q，在一定条件下发生反应：2R(g)＋5Q(g)?? 4X(g)＋nY(g)。反应完全后，容器温度不变，混合气体的压强是原来的87.5%，则化学方程式中的n值是 ( )
A．2 B．3 C．4 D．5[解析] 解法一(通式法)：
2R(g)＋5Q(g)??4X(g)＋nY(g)
起始 3 5 0 0
变化 2a 5a 4a na
平衡 (3－2a) (5－5a) 4a na
依题意，有：(8－3a＋an)/(3＋5)＝87.5%。
讨论：当R完全反应时：(3－2a)＝0，a＝1.5，则n＝2.3不合题意；当Q完全反应时：(5－5a)＝0，a＝1，则n＝2。答案为A。解法二(常规法)：
2R(g)＋5Q(g)??4X(g)＋nY(g)
起始 3 5 0 0
变化 2 5 4 n
平衡 1 0 4 n
依题意，有(1＋4＋n)/(3＋5)＝87.5%，则n＝2。答案为A。
解法三(推理估算法)：因反应在温度、体积不变情况下进行，所以反应后压强减小(是原来的87.5%)就是气体分子数减少(即体积缩小的反应)，则2＋5＞4＋n，故n＜3。答案为A。[答案] A
[点评] 有些计算型选择题，若用常规方法求解(思维过程简单)需要比较复杂的计算才能得出正确结论，但如果依据其化学背景与有关概念、原理入手，充分利用边界条件(或选项特点)通过估计、推断、排除，近似处理(“似算非算”、“半推半算”或“只推不算”)便可迅速准确地得出结论，这种方法是选择题的一种实用技巧，可节省不少时间。2．差量法(或差值法)
利用化学反应(或物理变化)中某化学量从始态到终态的差量(或差值)，作为已知量或未知量的对应关系量列比例式进行计算的一种常用方法。 【例2】 1 mol X气体跟a mol Y气体在体积可变的密闭容器中发生如下反应：X(g)＋aY(g)??bZ(g)，反应达到平衡后，测得X的转化率为50%。而且，在同温同压下还测得反应前混后气体的密度是反应后混合气体密度的 ，则a和b的数值可能是 ( )
A．a＝1，b＝1 B．a＝2，b＝1
C．a＝2，b＝2 D．a＝3，b＝2[解析] 据题意有
X(g)＋aY(g)??bZ(g) △n
1 a b 1＋a－b
1×50% 0.5(1＋a－b)
反应前混合气体的物质的量为反应后混合气体的物质的量的 则有：
最后将所给四组数据代入关系式推知A、D两组数据均符合题意。答案为A、D。[答案] AD
[点评] 差量法在化学平衡的计算中有着非常重要的、广泛的应用价值，理解差量法的原理对于解题很有帮助。3．极限思维法(极值法)
极限思维法是将可逆反应看成是处于完全反应和完全不反应的中间状态，解题时用这两个极端点，根据题目巧妙假设某一种物质100%消耗(推向极端)，求出另一方的最大值(或最小值)，从而得出可逆反应达到某一平衡状态时的取值(或取值范围)的方法。【例3】 在一定条件下，向2 L密闭容器中充入3 mol X气体和1 mol Y气体，进行反应2X(g)＋Y(g)??3Z(g)＋2W(g)，某时刻测定产物的浓度不可能的是 ( )
A．c(Z)＝0.75 mol·L－1
B．c(Z)＝1 mol·L－1
C．c(W)＝1 mol·L－1
D．c(W)＝0.82 mol·L－1[解析] 由极限思维可知，Z和W某时刻的物质的量的取值范围分别为：0＜n(Z)＜3 mol, 0＜n(W)＜2 mol。若3 mol X、1 mol Y完全转化为Z、W，即向正反应方向进行(“一边倒”)，则其浓度的取值分别为：0＜c(Z)＜1.5 mol·L－1,0＜c(W)＜1 mol·L－1。答案为C。
[答案] C
[点评] 对于可逆反应，反应物不可能全部转化为生成物，生成物也不可能全部转化为反应物；极限思维法的解题原则是“假设两端，确定中间”。4．“虚拟”思维法(构造法)
“虚拟”思维法是指在分析或解决问题时，根据需要和可能，虚拟出能方便解决问题的对象，并以此为中介，实现由条件向结论转化的方法。如虚拟反应结果、虚拟数据、虚拟解题需要的条件、虚拟反应过程及虚拟某混合物的化学式等。
在化学平衡计算中，依据题给条件运用虚拟的策略构造一等效过程(特定途径)，以此作为中介，由图示化定量为定性，从而实现由条件向结论转化的方法是常用的方法。【例4】 一真空密闭容器中盛有1 mol PCl5，加热到200 ℃时，发生如下反应：PCl5(g)??PCl3(g)＋Cl2(g)，反应达到平衡后，PCl5所占体积分数为M。若在同一温度和同一容器中，最初投入2 mol PCl5，反应达到平衡时，PCl5所占体积分数为N，则M和N的正确关系是 ( )
A．M＞N B．M＜N
C．M＝N D．无法比较[解析] 根据化学平衡原理，构造如下途径(设1 mol PCl5和2 mol PCl5达到平衡)：
Ⅰ、Ⅱ具有完全相同的状态，当抽去隔板后外界条件不变，所得状态Ⅲ中PCl5的体积分数与Ⅰ、Ⅱ相同，即为M。状态Ⅳ是Ⅲ加压的结果，而增大压强，会使PCl5(g)??PCl3(g)＋Cl2(g)逆向移动，PCl5的体积分数变大，故N＞M，答案为B。[答案] B
[点评] 本题用定量计算的方法来确定答案，难以直接下手，因此抓住问题实质，巧妙构造途径，快捷得出答案。“构造”使一种看似难以解决的问题变得非常明了，这种策略对于解答此类型的问题有奇效。
5．守恒思维法
在任何化学反应中，均存在某些守恒关系，在化学平衡中有时运用某种量守恒能够快速得出答案。
【例5】 在密闭容器中充入4 mol X，在一定温度下4X(g)??3Y(g)＋Z(g)，达到平衡时有30%的X发生分解，则平衡时混合气体总的物质的量是 ( )
A．3.4 mol B．4 mol
C．2.8 mol D．1.2 mol[解析] 由4X(g)?? 3Y(g)＋Z(g)知该反应是一个等物质的量的反应，无论有多少X发生分解，体系中总物质的量守恒。答案为B。
[答案] B
[点评] 研究的化学平衡体系绝大多数为气相体系，而对于反应物和生成物全部为气体的反应而言，反应前后质量肯定是相等的，有的总体积不变，运用这些知识点来分析平衡体系，可巧妙解答。因此，在进行化学平衡计算时，应树立“守恒意识”。6．等效平衡思维法
等效平衡有“恒温恒容”平衡和“恒温恒压”平衡两种情况，在前面已经对此问题有较深刻的分析。
【例6】 (2005·四川)向某密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，发生反应：CO＋H2O(g) CO2＋H2。当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是 ( )A．0.5 mol CO＋2 mol H2O(g)＋1 mol CO2＋1 mol H2
B．1 mol CO＋1 mol H2O(g)＋1 mol CO2＋1 mol H2
C．0.5 mol CO＋1.5 mol H2O(g)＋0.4 mol CO2＋0.4 mol H2
D．0.5 mol CO＋1.5 mol H2O(g)＋0.5 mol CO2＋0.5 mol H2[解析] A项，相当于向容器中充入1.5 mol CO和3 mol H2O，与原始比例1?2相同，构成等效平衡，CO体积分数不变；B项，相当于向容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，再充入1 mol CO ，故前一步建立等效平衡，再充入1 mol CO，虽使平衡向正向移动，但移动是由CO的浓度增加引起的，CO的体积分数增大；C项，相当于向容器中加入0.9 mol CO和1.8 mol H2O(两者比值1?2)，再充入0.1 mol H2O，故加入H2O而使平衡向正向移动，CO的体积分数减小；D项，相当于向容器中充入1 mol CO和2 mol H2O，与原平衡相同，CO的体积分数不变，故正确答案为B。
[答案] B【例7】 在一固定容积的密闭容器中，充入2.0 mol A和1.0 mol B, 发生如下反应：2A(g)＋B(g)??xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为φ(C)。若维持容器体积和温度不变，改为充入0.6 mol A、0.3 mol B和1.4 mol C为起始物质，反应达平衡后，C的体积分数也为φ(C)，则x可能为 ( )
A．1 B．2 C．3 D．4[解析] 恒温恒容条件下，建立等效平衡的条件有两种情况：①当反应物的化学计量数之和不等于生成物的化学计量数之和时，必须投料量相等。若投料物质不一样，则应采用“一边倒”方法转化后再作比较。②当反应物的化学计量数之和等于生成物的化学计量数之和时，投料比相等即可。若投料物质不一样，则应采用“一边倒”方法转化后再作比较。依据前一种情况，可知B项可选；依据后一种情况，可知C项可选。
[答案] BC【例8】 在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行以下反应：A(g)＋2B(g)??3C(g)，已知加入1 mol A和3 mol B且达到平衡后，生成了a mol C。
(1)达到平衡时，C在反应混合气体中物质的量分数为________(用字母表示)。
(2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol A和6 mol B，达到平衡后，C的物质的量为________mol (用字母a表示)。此时C在反应混合气体中物质的量的分数________(填“增大”、“减小”或“不变”)(3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2 mol A和8 mol B，若要求平衡后C在反应混合气体中体积分数不变，则还应加入C________mol。
(4)在同一容器中加n mol A和3n mol B，则平衡时C的物质的量为m mol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在m～2m间变化，那么，n与m的关系是________(用字母n、m关系式表示)。[解析] 注意容积固定，反应是体积不变的反应
(1)△n＝0，n(总)＝1 mol＋3 mol ＝4 mol ，ω(C)＝
达到平衡时，C在反应混合气体中物质的量分数为25a%。
(2)用虚拟法求解。把2 mol A、6 mol B分成与题干两个相同容器中达相同平衡，再合并成一个容器，平衡不移动，故n(C)＝a mol＋a mol＝2a mol ，ω(C)不变。[答案] (1)25a% (2)2a 不变 (3)6 (4)n＞ m第四节 化学反应进行的方向
考纲解读
能用焓变和熵变说明化学反应的方向
预习提纲
一、自发过程与自发反应
1．自发过程
（1）含义：在一定条件下，不用借助于 就可以 的过程。
（2）特点：
体系趋向于从 状态转化为 状态（体系对外部 或者 能量）
在密闭条件下，体系有从 自发转化为 的倾向。
2．自发反应
在给定的一组条件下，一个反应可以 地进行到 程度。
二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据 用 判断反应进行的方向。
2．熵判据
（1）熵
用来度量体系 程度的物理量。熵值越大， 程度越大。符号为 。单位 。
（2）熵增原理
在于外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵 ，即熵变（符号为 ） 零。
（3）熵判据 用熵变来判断反应进行的方向。
3．复合判据
过程自发性只能用于判断过程的 ，不能确定过程 和过程 。综合考虑 和 的复合判据，将更适合与所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。
典型例题
【例1】过程的自发性的作用是（ ）
A、判断过程发生的速率 B、确定过程是否一定发生
C、判断过程的方向 D、判断过程的热效应
【例2】对反应的方向起作用的因素判断不正确的是（ ）
A、有时焓变对化学反应的方向起决定性作用
B、有时熵变对化学反应的方向起决定性作用
C、焓变和熵变是判断化学反应方向的两个主要因素
D、任何情况下，温度都不可能对反应的方向起决定性作用
【例3】下列过程属于非自发性的是（ ）
A、墨水扩散 B、天然气的燃烧
C、室温下水结成冰 D、酸和碱发生中和反应
【例4】下列在常温下均为非自发反应，在高温下仍为非自发反应的是（ ）
A、Ag2O（s）=2Ag（s）+1/2O（g）
B、Fe2O3（s）+2/3C（s）=2Fe（s）+2/3CO2（g）
C、N2O4（g）=2NO2（g）
D、6C（s）+6H2O（l）= C6H12O6（s）
【例5】下列关于冰熔化为水的过程判断正确的是（ ）
A、?H＞０，?S＜０ ?? B、?H＜０，?S＞０
C、?H＞０，?S＞０?????????????? ???? D、?H＜０，?S＜０
同步练习
1．我们主要从三个方面讨论一个化学反应的原理，其中不属于这三个方面的是（ ）
A、反应进行的方向 B、反应的快慢 C、反应进行的限度 D、反应物的多少
2．下列说法正确的是（ ）
A、凡是放热反应都是自发的，由于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少或不变
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
3．自发进行的反应一定是（ ）
A、吸热反应 B、放热反应 C、熵增加反应 D、熵增加或者放热反应
4．下列说法正确的是（ ）
A、放热反应一定是自发进行的反应 B、吸热反应一定是非自发进行的反应
C、自发进行的反应一定容易发生 D、有些吸热反应也能自发进行
5．过程的自发性的作用是（ ）
A、判断过程的方向 B、确定过程是否一定会发生
C、判断过程发生的速率 D、判断过程的热效应
6．下列过程是非自发的是（ ）
A、水由高处向低处流 B、天然气的燃烧
C、铁在潮湿空气中生锈 D、室温下水结成冰
7．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)
8．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、高温高压条件下使石墨转化为金刚石
C、散落的火柴的无序排列 D、CO点燃时生成CO2
9．已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为C（石墨、s）+ O2(g)= CO2(g) ΔH2=－393.5kJ/mol，C（金刚石、s）+ O2(g)= CO2(g) ΔH2=－395. 4kJ/mol。关于石墨和金刚石的相互转化，下列说法正确的是（ ）
A、石墨转化成金刚石是自发进行的过程
B、金刚石转化成石墨是自发进行的过程
C、相同质量时，石墨比金刚石能量低
D、相同质量时，金刚石比石墨能量低
10．250℃和1.01×105Pa时，反应 2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)；△H=+56.76kJ/mol，自发进行的原因是（ ）
A、是吸热反应 B、是放热反应
C、是熵减少的反应 D、熵增大效应大于能量效应
11．碳酸铵［(NH4)2CO3］在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是（ ）
A、其分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
B、其分解是因为外界给予了能量
C、其分解是吸热反应，据能量判据不能自发分解
D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解
12．下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是（ ）
A、化学反应的熵变与反应的方向无关
B、化学反应的熵变直接决定了反应的方向
C、熵值增大的反应都是混乱度增大的反应
D、熵值增大的反应都能自发进行
13．下列关于化学反应的自发性叙述中正确的是（ ）
A、焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的
B、焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的
C、焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的
D、熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的
14．下列反应是自发进行的吸热反应的是（ ）
A、NaOH+HCl==NaCl+H2O B、NH4Br(s)==NH3(g)+HBr(g)
C、2CO+O2==2CO2 D、C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)
15．科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于 和由 变为 的自然现象，提出了互相关联的 判据和 判据，为最终解决上述问题提供了必要的依据。
16．在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的 增大，这个原理也叫做 原理。在用来判断过程的方向时，就称为 判据。不难理解，即使是同一物质，应该存在着 时的熵值最大， 时次之， 时最小的这样一种普遍规律。
17．由 判据(以焓变为基础)和 判据组合而成的 判据，将更适合于所有的过程。
18．试解释“硝酸铵溶于水的过程是吸热过程，但却能自发进行。”
19．由能量判据(以焓变为基础)(符号为△H，单位为kJ/mol)和熵判据(符号为△S，单位为J·mol－1·K－1)组合而成的复合判据，即体系自由能变化(符号为△G，单位为kJ/mol)将更适合于所有过程的自发性判断。公式为△G=△H－T△S(T指开尔文温度)；若△G＜0，反应自发进行。电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应是：SiO2(s)+4HF(g)==SiF4(g)+2H2O(g)
△H(298.15K)=－94.0kJ·mol－1 △S(298.15K)=－75.8J·mol－1·K－1 设△H和△S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
预习提纲
一、自发过程与自发反应
外力 自动进行 高能 低能 做功 释放 有序 无序 自发 显著
二、化学反应进行方向的判据
焓变 混乱 混乱 S J·mol-1·K-1 增大 △S 大于
方向 是否一定发生 发生的速率 焓判据 熵判据
典型例题
【例1】C 【例2】D 【例3】C 【例4】D 【例5】C
同步练习
1. D 2. C 3. D 4. D 5. A 6. D 7. C
8. C 9. BC 10. D 11. A 12. C 13. A 14.BD
15. 最低 “有序” “无序” 焓 熵16. 熵 熵增大 熵 气态 液态 固态
17. 能量 熵 复合
18. 硝酸铵溶于水后形成自由移动的铵根离子和硝酸根离子增加体系的混乱度，且混乱度的影响大于能量变化的影响
19. 解：△G＝△H－T△S
＝－94.0kJ·mol－１－T×（－0.0758kJ·mol－１K－１）＜0
T＜94.0kJ·mol－１/0.0758kJ·mol－１·K－１＝1240K
答：此反应自发进行的温度是小于1240K
高二化学选修四导学案15：第二章第四节 化学反应进行的方向
[目 标]
1.理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2.了解应用化学原理选择化工生产条件的思路。
[重 点]
应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
[难 点]
应用化学原理选择化工生产条件的思路。
[复习]
外界条件的变化对化学反应速率有何影响？
实际生产中的反应，需要考虑那些方面的问题？
[讨论]
合成氨的反应有哪些特点？
合成氨条件的选择
[讨论]
（1）要增大合成氨的化学反应速率，应采取那些方法？
（2）要最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量，应采取那些措施？
（3）（1）和（2）中方法的比较，说明什么？
[阅读]课本P48-49，然后总结：
合成氨所选择的条件是
压强
目前我国的合成氨厂一般采取的压强是
原因是
温度
实际生产中，合成氨反应一般选择在 的温度下进行。
原因是
催化剂
（1）加入催化剂的目的是
（2）合成氨工业中普遍使用的催化剂是
温度的选择与其是否有关？
此外，还采取了哪些措施
合成氨工业的发展前景
[自学]P51内容
[练习]
1.有平衡体系CO+2H2CH3OH（g）+Q，为了增加CH3OH的产量，工厂应采取的正确措施是 [ ]
A.高温、高压 B.适宜温度、高压、催化剂
C.低温、低压 D.低温、高压、催化剂
2.合成氨工厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定的N2转化率，某工厂测得合成塔中N2 、H2混合气体的密度为0.5536g/L(标况)，从合成塔出来的混合气体在相同条件下密度为0.693g/L。求该合成氨厂的转化率。
化学反应进行的方向
【教学目标】1、理解能量判据、熵的概念
2、利用能量判据判断反应进行的方向
3、利用熵变判断反应进行的方向
【教学重点】焓减与熵增与化学反应方向的关系
【教学过程】
【板 书】4化学反应进行的方向
【引言】化学反应原理的三个重要组成部分。
化学反应进行的快慢----——化学反应速率
化学反应的限度--------——化学平衡
化学反应进行的方向——能量判据和熵判据
【阅读】课本36页
学生举例：
1、生活中的自发过程：
(1)自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流；
(2) 铁器暴露在潮湿空气中会生锈；这些过程都是自发的，其逆过程就是非自发的。
这些生活中的现象将向何方发展，我们非常清楚，因为它们有明显的自发性——其中是否蕴藏了一定的科学原理？
2、化学反应中的自发过程
(1)甲烷燃烧：
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)
△H=－802.3 kJ/mol
(2)铁生锈：
3Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s) △H=-824 kJ/mol
(3)氢气和氧气反应：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=－571.6 KJ/mol
共同点——放热反应 E反 >E生
一、自发过程与能量判据
1、自发过程：在一定条件下不需要外力作用就能自动进行的过程。
☆共同特点：体系趋向于从高能状态转变为低能状态
2、能量判据：自发过程的体系取向于从高能状态转变为低能状态(这时体系会对外部做功或释放热量)，这一经验规律就是能量判据，是判断化学反应进行方向的判据之一。
有些过程也是自发的，这当中有的与物质的能量高低无关，有的虽与能量高低有关，但用能量判据却无法解释清楚，例如：
两种理想气体的混合可顺利自发进行，无须借助外力
N2O5分解： 2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)；
△H=+56.7kJ/mol
碳铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g);
△H=+74.9 kJ/mol
二、熵与熵判据
1．在密闭条件下，体系有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。
2、熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理，是判断化学反应方向的另一判据——熵判据。
3．同一物质，在气态时熵最大，液态时次之，固态时最小。
物质由有序变得无序，即有序程度降低，混乱度增加。
熵：表示物质混乱度。熵越大混乱度越大。
熵变△S：生成物熵与反应物熵之差。
三、能量判据和熵判据的应用
能量判据中，自发过程取向于最低能量状态的倾向
熵判据中，自发过程取向于最大混乱度的倾向
很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由能量判据(以焓变为基础)和熵判据组合成的复合判据将更适合于所有的过程。
注意：
1．过程的自发性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。例如金刚石有向石墨转化的倾向，但是能否发生，什么时候发生，多快才能完成，就不是能量判据和熵判据能解决的问题了。
2．在讨论过程的方向时，指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。例如石墨经高温高压还是可以变为金刚石的。
【阅读】“科学视野”
反应自发进行的判断
△H – T△S< 0 自发进行
△H – T△S= 0 平衡状态
△H – T△S> 0 非自发进行
【小结】
一、化学反应进行方向的判据
1．能量判据：自发过程趋向于最低能量状态的倾向。放热过程常常是容易进行的。
2．熵判据：自发过程趋向最大混乱度的倾向。若干熵增的过程是自发的。
二、理解熵的含义和熵的变化
1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，如金刚石和石墨的互变熵不变；活泼金属与酸的置换反应熵增等……
2、吸热的自发过程应为熵增加的过程，如冰的融化、硝酸铵溶于水等。
3、无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想气体的混合等。
4、由能量判据（以焓变为基础）和熵判据组合成的复合判据（△G）将更适合于所有的过程。
5、过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会期发生和过程发生的速率。
如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。
6、若一个变化的正向能自发进行，则逆向是非自发反应。
7、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。
规律方法总结
自发反应中的焓变和熵变的关系
1、放热的自发过程可能是熵减小的过程，如铁生锈、
氢气燃烧等；也可能是熵无明显变化或增加的过程，
如甲烷燃烧、氢气和氯气化合等。
2、吸热的自发过程是熵增加的过程，如冰的融化、
硝酸铵溶于水等。
3、无热效应的自发过程是熵增加的过程，如两种理想
气体的混合等。
板书设计：
巩固练习：见附页。
练习
1、科学家根据体系存在着力图使________________和_______________的自然现象，提出了相互关联的________和_________，为最终解决上述问题提供了必要的理论根据。试分别举一例_________________，___________。
2、以下自发反应可用能量判据来解释的是 ( )
A、硝酸铵自发地溶于水
B、2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)； △H=+56.7kJ/mol
C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol
D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=-571.6 kJ/mol
3、已知金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的热化学方程式为： （ ）
① C(金刚石、s)+O2(g)==CO2(g) △H1＝－395.41kJ/mol
② C(石墨、s)+O2(g)==CO2(g) △H2＝－393.51kJ/mol
关于金刚石与石墨的转化，下列说法正确的是
A.金刚石转化成石墨是自发进行的过程
B.石墨转化成金刚石是自发进行的过程 C.石墨比金刚石能量低
D.金刚石比石墨能量低
4、知道了某过程有自发性之后，则 （ ）
可判断出过程的方向
可确定过程是否一定会发生
可预测过程发生完成的快慢
可判断过程的热效应
5、碳铵[(NH4)2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是 （ ）
A、碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大。
B、碳铵分解是因为外界给予了能量
C、碳铵分解是吸热反应，根据能量判据不能自发分解
D、碳酸盐都不稳定，都能自发分解。
6、下列反应中，在高温下不能自发进行的是 （ ）
A. (NH4 )2CO3(s)＝NH4HCO3(s)+NH3(g)
B. 2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)
C. MgCO3(s)＝MgO(s)＋CO2(s)
D. CO(g)＝C(s)＋1/2O2
7、我们主要从三个方面讨论一个化学反应的原理，其中不属于这三个方面的是（ ）
A、反应进行的方向 B、反应的快慢
C、反应进行的限度 D、反应物的多少
8、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、借助于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。
9、下列过程属于熵增加的是 （ ）
A、一定条件下，水由气态变液态。
B、高温高压条件下使石墨转化为金刚石
C、2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g）
D、散落的火柴的无序排列
10、下列说法不正确的是 （ ）
A、体系有序性越高，熵值就越低 B、自发过程将导致体系的熵增大
C、吸热反应不可以自发进行 D、同种物质气态时熵值最大
11、以下自发进行反应可用能量判据来解释的是 （ ）
A、硝酸铵自发地溶于水
B、2N2O5（g）=4NO2（g）+O2（g） △H=+56.7kJ·mol-1
C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g); △H=+74.9 kJ/mol
D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l); △H=－571.6 KJ/mol
12、判断下列反应的熵值增加的是
A、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)
B、H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)
C、(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)
D、Cu(s)+Cl2(g)=CuCl2(s)
13、已知在等温条件下，化学反应方向的判据为：
△H-T△S<0反应能正向自发进行
△H-T△S=O 反应达平衡状态
△H-T△S 反应能逆向自发进行
（其中△H为焓变，△S为熵变，T为热力学温标，单位为K）
设反应A（s）==D（g）+E（g） △H-T△S=（-4500+11T）J/mol
要防止反应发生，温度必须
A、高于400K B、低于136K
C、高于136K而且低于409K D、低于409K
参考答案：
自身能量趋于最低 各有序变为无序 能量判据和熵判据
自然界中的水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流
碳酸铵的分解：(NH4 )2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)
2、D △H为负放热，使体系能量降低。
3、由题意可推得C(石墨、s)= C(金刚石、s) △H=－1.90 kJ/mol故选A、C
4、A 5、A
6、A熵增 B熵增C熵增D熵减 故选D
7、D 8、A 9、CD 10、C 11、D 12、C 13、A
课件52张PPT。第四节 化学反应进行的方向课程标准导航
1.了解自发过程和化学反应的自发性。
2．通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。
3．初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响,能用焓变和熵变说明化学反应的方向。
自主学习一、自发过程和自发反应
有关化学反应进行的_______、_____和_____是化学反应原理的三个重要组成部分。科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于方向快慢限度“______”和由“有序”变为“______”的自然现象,提出了互相关联的____判据和__判据，为最终解决上述问题提供了必要依据。
1．自发过程
(1)含义
在一定条件下，不用借助于________就可以自动进行的过程。
最低无序焓熵外力(2)特点
①体系趋向于从______状态转变为______状态(体系对外部做功或者释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从_____序自发转变为______序的倾向。
2．自发反应
在给定的条件下，可以自发地进行到显著程度的反应。
高能低能有无想一想
“自发反应一定能自动进行，而非自发反应一定不能发生”，这句话对吗？说明理由。
提示：不对。某些自发反应需在一定条件下才能自动进行，非自发反应具备了一定条件也能发生。如甲烷燃烧是自发反应，但需点燃或加热才能反应；石灰石分解为氧化钙和二氧化碳为非自发反应,在高温下可以发生。二、化学反应进行方向的判据
1．焓判据
2．熵判据
(1)熵
①体系倾向(密闭容器)：
②含义：科学家用_____ (符号为S)来量度这种混乱(或无序)的程度。
③特点：同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)____ S(l)____ S(s)。
(2)熵增原理
在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体
系的熵______，即熵变(符号ΔS)_____ 零。熵>>增大大于(3)熵判据
体系有自发地向混乱度______ (即熵增)的方向转变的倾向，因此可用________来判断反应进行的方向。
3．复合判据
综合考虑________和________的复合判据，将更适合于所有的过程，只根据一个方面来判断反应进行的方向是不全面的。
增加熵变焓判据熵判据自主体验
1．(2012·铜川高二检测)水的三态的熵值的大小关系正确的是(Sm表示1mol物质的熵值)
( )
A．Sm(s)>Sm(l)>Sm(g)
B．Sm(l)>Sm(s)>Sm(g)
C．Sm(g)>Sm(l)>Sm(s)D．Sm(s)＝Sm(l)＝Sm(g)
解析：选C。同一种物质处于气态时熵值最
大，液态次之，固态时熵值最小。2．下列关于判断过程、方向的说法正确的是( )
A．所有自发进行的化学反应都是放热反应
B．高温、高压下低能量的石墨转化为高能量的金刚石是自发的化学反应
C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据更适合于所有过程D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
解析：选C。自发进行只能用来判断过程的方向，不能判断反应的热效应；高温高压下的反应是非自发的；同一物质固、液、气三种状态中，气态的熵值最大。
3．以下自发过程可用焓判据来解释的是
( )
A．硝酸铵自发地溶于水
B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ/mol
C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝＋74.9 kJ/molD．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－572 kJ/mol
解析：选D。焓判据能够说明放热反应为自发反应，而A、B、C三个自发过程均为吸热过程，显然不能用焓判据来解释，只有D项可以用焓判据解释。
提示：H2的燃烧属自发反应，该过程放出热
量，体系能量降低，但熵减小，说明判断一定反应进行的方向要综合考虑焓判据和熵判
据。
要点归纳
1．与焓变的关系
2.与熵变的关系特别提醒
从能量角度(即焓变)看，化学反应有趋向于最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化学反应有趋向于最大混乱度的倾向，在实际的化学变化中，ΔH与ΔS倾向有时会出现矛
盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论，要注意应用焓判据和熵判据综合进行分析，即凡是能够使体系能量降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行的方向。
即时应用
1．下列说法正确的是( )
A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝＋185.57 kJ/mol,能自发进行,原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关,因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向解析：选B。A项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；C项错误的原因
是要将二者综合起来即利用复合判据进行判
断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化
能，不能改变反应的方向。
探究导引2应如何判断化学反应进行的方向？
提示：判断一个化学反应在一定温度下能否自发进行，应综合考虑焓变和熵变，根据复合判据ΔG＝ΔH－TΔS判断。要点归纳
1．用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向
体系的自由能变化(符号ΔG，单位 kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行的方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
ΔH＝－444.3 kJ·mol－1
ΔS＝－280.1 J·mol－1·K－1，则：
ΔG＝ΔH－T·ΔS＝－444.3 kJ·mol－1－298 K×(－280.1×10－3kJ·mol－1·K－1)
＝－360.83 kJ·mol－1<0
此时焓变对反应的方向起决定性作用。
再如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq) ===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
ΔH＝＋37.301 kJ/mol
ΔS＝＋184.05 J·mol－1·K－1，则
ΔG＝ΔH－T·ΔS＝＋37.301 kJ/mol－298 K×(＋184.05×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝－17.55 kJ·mol－1<0
此时熵变对反应的方向起决定性作用。
②当焓变和熵变的作用相反且相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。如:
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ·mol－1
ΔS(298 K)＝＋169.6 J·mol－1·K－1，则
ΔG＝ΔH－T·ΔS＝＋178.2 kJ·mol－1－298K×(＋169.6×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝127.7 kJ·mol－1>0。
故室温下该反应不能自发进行。
即时应用
2．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，其反应原理是：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，在298 K、100kPa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条件
C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率
D．汽车尾气中的这两种气体会与人体血红蛋白结合而使人中毒解析：选B。因为2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)，298 K时，ΔH＝－113kJ/mol，ΔS＝－145 J·mol－1·K－1，说明该反应为放热反应，且是熵减的反应。生成物的总能量低于反应物的总能量，常温时ΔG＝ΔH－TΔS＝－113kJ·mol－1－298 K×(－145×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝－69.79 kJ·mol－1<0，即该反应在常温下能自发进行。 2012·岳阳高二检测)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．熵增加且放热的反应一定是自发反应
D．非自发反应在任何条件下都不能实现
【解析】 多数放热反应能自发进行，很多吸热反应也能自发进行，A错误；许多熵增加反应能自发进行，但有些熵减小反应也能
自发进行，B错误；熵增加，ΔS>0，放热反
应ΔH<0,此时ΔG<0,反应一定自发进行，C正确;有些反应在常温下非自发进行，但
高温时能自发进行，D错误。
【答案】 C
【误区警示】 本题易错选A或B，认为在常温常压下，多数放热的化学反应可用ΔH作为判据，判断其是否自发进行；多数熵增反应可用熵判据，判断其是否自发进行。但
是，只使用焓判据或熵判据来确定变化过程的方向是片面的，对具体反应需应用焓判据和熵判据综合进行分析，即凡是使体系能量降低、熵增大的方向就是化学反应容易进行的方向。
已知“凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应”。一定条件下，下列反应不可能自发进行的是( )
A．2O3(g)===3O2(g) ΔH<0
B．2CO(g)===2C(s)＋O2(g) ΔH>0
C．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH<0
D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0
【解析】 A项中ΔS>0，ΔH<0，一定能自发进行；B项中ΔS<0，ΔH>0，一定不能自发进行；C项中，ΔS<0，ΔH<0，可自发进行: D项中,ΔS>0,ΔH>0,可能自发进行。
【答案】 B
化学反应进行方向的实验探究和判断
由焓判据知放热反应是易进行的，由熵判据知熵值增加是能自发进行的。但仅凭焓判据或熵判据判断可能出现错误的结果，如某些吸热或熵减的过程也能自发进行。[经典案例] 往平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]和固态氯化铵晶体,塞紧瓶
塞。在瓶底和木板间滴少量水，如图所示。一会儿，就会发现瓶内固态物质变稀并有液体产生，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结而被烧瓶黏住，这时打开瓶塞，出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应。
(1)下列结论正确的是( )
A．自发反应一定是放热反应
B．自发反应一定是吸热反应
?C．有的吸热反应也能自发进行
D．吸热反应不能自发进行
(2)发生反应的化学方程式为______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)从化学反应进行的方向角度解释上述现象。
【解析】(1)由现象可知该反应吸热且自发,故选C。
(2)发生反应的化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl(s)===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。
(3)虽然该反应是吸热反应，但该反应也是熵值增加的反应，且熵变的作用对反应的方向起了决定性作用。ΔH－TΔS<0，常温下自发进行，故有上述现象发生。
【答案】 (1)C
(2)Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl(s)===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
(3)该反应是吸热、熵增反应，由于熵变对该反应起了决定性作用，所以ΔH－TΔS<0，即该反应常温下自发进行，从而产生了上述现象。
第四节化学反应进行的方向同步测试
选择题：
1．下列说法中，正确的是 ( )
A．化学反应总是伴随着能量变化的
B．能够自发进行的反应不一定都是放热反应
C．只有放热反应才能够自发进行
D．能够自发进行的反应就一定能够发生并完成
2．下列物质中，熵值(S)最大的是 ( )
A．金刚石 B．Cl2(l)
C．I2(g) D．Cu(s)
3．水在273 K、1．01×105Pa时可转化为固态，在373 K时则又可转化为气态。若分别用S(g)、S(1)、S(s)表示水的气、液、固三种状态的熵值，则下列表达式中，正确的是 ( )
A．S(g)S(1)>S(s)
C．S(g)>S(1)= S(s) D．S(g)>S(s)>S(1)
4．已知反应2H2 (g) + O2 (g) == 2H2O (1) ?H == —285．8 kJ·mol-1，下列结论中，正确的是 ( )
A．E(反应物)>E(生成物) B．E(反应物) C．反应放热 D．反应吸热
5．下列热化学方程式中，放出的热量最多的是 ( )
A．CH4 (g)+2O2 (g) == CO2(g)+2H2O (1) △H
B．2CH4 (g)+4O2 (g) == 2CO2(g)+4H2O (1) △H
C．CH4 (g)+2O2 (g) == CO2 (g)+2H2O (g) △H
D．2CH4 (g)+4O2 (g) == 2CO2(g)+4H2O (g) △H
6、下列关于化学反应的自发性叙述中正确的是 ( )
A.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的
B.焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的
C.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的
D熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的
7、1mol液体在其沸点条件下蒸发为气体，在此过程中下列关系式一定取负值的是 （ ）
A、△H B、△S C、△H—△S D、△H—T△S
8、已知反应CO(g)=C(s)+O2(g)的△H为正值，△S为负值。设、△H和△S不随温度改变，下列说法中正确的是 （ ）
A、低温下能自发进行
B、高温下能自发进行
C、低温下不能自发进行，高温下能自发进行
D、任何温度下都不能自发进行
9、反应CH3OH(l)+NH3(g)→CH3NH2(g)+H2O(g)在某温度时才能自发向右进行，若该反应的
△H=17KJ/mol，|△H—T△S|=17 KJ/mol，则下列关系中正确的是 （ ）
A、△H>0，△H—T△S<0 B、△H<0，△H—T△S>0
C、△H>0，△H—T△S>0 D、△H<0，△H—T△S<0
10、下列组合中在任何温度下反应均能自发进行的是 （ ）
A、△H>0，△S>0 B、△H<0，△S<0
C、△H>0，△S<0 D、△H<0，△S>0
二、简答题：
11、在25℃、1．01×105 Pa条件下，反应2N2O5(g)== 4NO2(g)+O2(g) ?H== +56．7 kJ· mol-1能够自发进行。从能量上分析，生成物的总能量比反应物的总能量 ，从反应前后的熵值看，反应后的熵值 (填“增加”、“减小”或“不变”)。
12、在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的 增大，这个原理也叫做 原理。在用来判断过程的方向时，就称为 判据。不难理解，即使是同一物质，应该存在着 时的熵值最大， 时次之， 时最小的这样一种普遍规律。
13、煤中含有硫，燃烧时会产生有害的SO2，用生石灰可以消除SO2，减少污染，其反应为CaO(s)+SO2(s) == CaSO3(s) 298 K、1．01×1．01×105Pa时，此反应的△H== —402．0 kJ·mol-1，?S== —345．7 J·mol-1·K-1，在室温下自发进行。则保持此反应自发进行的最高炉温是多少(焓变△H及熵变?S受温度的影响可忽略)?
答 案
1、AB2、C3、B4、AC5、B6、A7、D8、DC9、A10、D
11、增加 增加
12、熵、熵增、熵、气态、液、固
13、1162.9℃
化学选修四《2.4 化学反应进行的方向》教学设计
【教学目标】
了解反应的自发性与反应过程中能量变化及熵值变化的关系；
能够用熵增原理判断化学反应进行的方向。
【教学重难点】
能够用熵增原理判断化学反应进行的方向
【教学过程设计】
〖引入〗水往低处流，而不会自发的向上流；一般在室温下，冰块会融化，铁器在潮湿空气中会生锈，甲烷与氧气的混合气体遇明火就燃烧，这些过程都是自发的。这些不用借助于外力就可以自动进行的自发过程的共同特点是，体系会对外部做功或释放热量，即体系趋向于从高能状态转变为低能状态。那是否就意味着放热反应自发进行，吸热反应就是非自发进行呢？
〖副板书〗在25℃和1．01×105Pa时，
2N2O5(g)== 4NO2(g)+O2(g) ?H=56．7 kJ／mol
(NH4)2CO3(s)== NH4 HCO3(s)+NH3(g) ?H=74．9 kJ／mol
〖分析〗不难看出，上述两个反应都是吸热反应，显然只根据反应热（焓变）来判断反应进行的方向是不全面的。那么究竟如何来判断反应的自发性呢？
科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”的自然现象，提出了互相关联的能量判据和熵判据，为最终解决反应自发性问题提供了必要的依据。
〖讲解〗除自发的化学反应外，还有一类自发过程，例如放在同一密闭容器中的气体或液体物质(也包括能够挥发的固态物质)的蒸汽，不需要外界的任何作用，气态物质会通过分子的扩散自发地形成均匀混合物。这种现象可以推广到相互接触的固体物质体系，经过长期放置后，人们能够找到通过扩散而进入的另一种固体中的原子或分子(这种现象可以作为纯物质难以保存的最本质的解释)。又如把硝酸铵溶于水虽然要吸热，它却能够自发地向水中扩散。为了解释这样一类与能量状态的高低无关的过程的自发性，人们提出在自然界还存在着另一种能够推动体系变化的因素，即在密闭条件下，体系有由有序自发地转变为无序的倾向。因为与有序体系相比，无序体系“更加稳定”，可以采取更多的存在方式。以扑克牌为例，经过多次的洗牌之后，严格按照花色和序号排列的机会与花色序号毫无规律的混乱排列的机会相比，大概要相差几十个数量级。科学家把这种因素称作熵。
〖板书〗熵：
1、概念：描述体系混乱度的物理量
2、符号：S
3、单位：J?mol-1?K-1
4、熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，这个原理也叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。
5、同一物质的熵与其聚集状态有关：S（g）>S（l）>S（s）
6、熵变（?S）：?S==反应物总熵—生成物总熵
7、反应进行方向的判断方法：
?H—T?S<0 反应能自发进行
?H—T?S=0 反应达到平衡状态
?H—T?S>0 反应不能自发进行
〖讲解〗在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向。放热反应的焓变小于零，熵增加反应的熵变大于零，都对?H—T?S<0有所贡献，因此放热和熵增加有利于反应自发进行。
〖补充习题〗
1．下列说法中，正确的是 ( )
A．化学反应总是伴随着能量变化的
B．能够自发进行的反应不一定都是放热反应
C．只有放热反应才能够自发进行
D．能够自发进行的反应就一定能够发生并完成
2．下列物质中，熵值(S)最大的是 ( )
A．金刚石 B．Cl2(1) C．I2(g) D．Cu(s)
3．水在273 K、1．01×105Pa时可转化为固态，在373 K时则又可转化为气态。若分别用S(g)、S(1)、S(s)表示水的气、液、固三种状态的熵值，则下列表达式中，正确的是 ( )
A．S(g)S(1)>S(s)
C．S(g)>S(1)= S(s) D．S(g)>S(s)>S(1)
