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第1节 化学反应的方向
学业基础
核心素养
当堂评价
核心微网络
素养新目标
1.知道化学反应是有方向的。
2．知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
学业基础
一、反应焓变与反应方向
1．自发过程与自发反应
自发过程 自发反应 含义 在温度和压强一定的条件下，________________就能自动进行的过程 在给定的一组条件下，可以________进行到显著程度的化学反应 特征 具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下是肯定____________的 举例 高山流水，自由落体运动 钢铁生锈
应用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。 (2)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 不用借助外力作用
自发
不能自发进行
2.反应焓变与反应方向的关系
(1)二者关系
(2)结论
反应的焓变是反应能否______进行的影响因素，但不是唯一因素。
放热
吸热
自发
状元随笔 多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行，如NH4Cl与Ca(OH)2的反应；还有一些反应，在室温条件下不能自发进行，但在高温条件下能自发进行，如高温煅烧CaCO3。
二、反应熵变与反应方向
1．熵
(1)概念：描述体系________的物理量。符号为S；单位为。
(2)熵值的大小比较。
无序程度
S(g)>S(l)>S(s)
越大
>
2．熵变
反应产物总熵
反应物总熵
3．反应熵变与反应方向
(1)二者之间的关系
(2)结论：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。
增加
减小
状元随笔 有些熵减小的反应在一定条件下也可自发进行，如铝热反应：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)，ΔS＝－39.35 J·mol－1·K－1。因此，熵变是与反应进行的方向有关的一个因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素，只根据熵变来判断反应进行的方向也是不全面的。
三、用焓变与熵变综合判断反应方向
1．反应方向的判据：在________和________一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果。反应的判据为_________。
温度
压强
ΔH－TΔS
＜
＝
＞
2．文字表述
在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向___________的方向进行，直至达到平衡状态。
3．局限性
(1)只能用于一定温度、压强条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。
(2)仅仅可以用于判断温度、压强一定的条件下反应____________，不能说明反应在该条件下能否_________。
ΔH－TΔS＜0
发生的可能性
实际发生
状元随笔 (1)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，化学反应有呈现最大混乱度的倾向，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。
(2)复合判据ΔH－TΔS只能用于恒温、恒压条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。
【即学即练】
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)能够自发进行的反应不一定都是放热反应。( )
(2)能够自发进行的反应就一定能够发生并完成。( )
(3)同一物质：固体→液体→气体变化是焓减和熵增的过程。( )
(4)与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小。( )
(5)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释该变化过程的自发性。( )
(6)吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行。( )
(7)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。( )
(8)一个反应的ΔH－TΔS＝0，则该反应处于平衡状态。( )
√
×
×
×
×
×
√
√
2．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，因此该反应是熵增反应
C．碳酸铵[(NH4)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)是一个熵减小的反应
答案：C
解析：Na与水的反应是固体与液体反应生成气体，为熵增的反应，ΔS>0，在反应中钠会熔化成一个闪亮的小球四处游动，且发出嘶嘶的声音，此反应为放热反应，则ΔH<0，故ΔH－TΔS<0，该反应能自发进行，A正确；该反应是吸热反应，ΔH>0，要能自发进行ΔH－TΔS<0，该反应一定是熵增反应，B正确；碳酸铵自发分解，是因为氨气的生成而使熵增大，C错误；CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)反应后气体分子数减小，所以是一个熵减小的反应，D正确。
3．(双选)下列对熵变的判断中不正确的是( )
A．少量的食盐溶解于水中：ΔS>0
B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS<0
C．气态水变成液态水：ΔS>0
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0
答案：BC
解析：A项，NaCl(s)―→NaCl(aq) ΔS>0；B项，2C(s)＋O2(g)2CO(g) ΔS>0；C项，H2O(g)―→H2O(l) ΔS<0；D项，CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) ΔS>0。
4．(双选)以白云石(CaCO3·MgCO3)为原料冶炼金属镁的反应工艺涉及以下两个反应：
①CaCO3·MgCO3 MgO·CaO＋2CO2↑；
②2(MgO·CaO)＋Si 2CaO＋SiO2＋2Mg↑
对①②两个反应的说法正确的是( )
A．在敞口容器中有利于反应①的进行
B．反应①能进行，说明该反应ΔH<0
C．在真空条件下有利于反应②的进行
D．反应②能进行，说明Si的还原性比Mg强
答案：AC
解析：在敞口容器中进行①反应，反应产生CO2脱离反应体系，根据平衡移动原理，减小生成物浓度，平衡正向移动，因此有利于反应①的进行，A正确；由于该反应的正反应是气体体积增大的反应，ΔS>0，根据公式ΔH－TΔS<0，反应可自发进行，反应在高温下进行，因此不能判断该反应的正反应是放热反应还是吸热反应，B错误；反应在真空条件下进行，就可以避免反应产生的Mg被氧化，因此对该反应发生有利，C正确；反应在高温下发生，因此不能证明物质Si、Mg还原性的相对强弱，D错误。
5．已知反应：Te(s)＋H2(g)===H2Te(g)的ΔH为正值，ΔS为负值，设ΔH与ΔS不随温度而变化，下列说法正确的是( )
A．低温下是自发反应
B．高温下是自发反应
C．低温下是非自发反应，高温下是自发反应
D．任何温度下都是非自发反应
答案：D
解析：由知ΔH－TΔS>0，且随温度的升高而增大。
6．已知电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(l) ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1，ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，假设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行时的温度___________。
小于1 240 K
解析：要使反应能够自发进行，则ΔH－TΔS<0，即－94.0 kJ·mol－1－T×(－75.8 J·mol－1·K－1)×10－3 kJ·J－1<0，故T<≈1 240 K。
核心素养
目标 化学反应方向的判断
例 已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是( )
A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s) ΔH<0
B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＜0
C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l) ΔH>0
D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s) ΔH<0
答案：C
解析：焓判据是指ΔH<0的反应有利于自发进行，C项反应的ΔH>0，按焓判据反应不能发生，而题给条件是能自发进行，所以不能用“焓判据”解释该反应为自发反应。
状元随笔 理解焓变与反应方向的关系
(1)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。
(2)反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
[提升1] 下列有关说法不正确的是( )
A．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
B．自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断
C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
D．常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
答案：A
解析：熵值指的是物质的混乱程度，同一物质的固、液、气三种状态混乱程度不同，所以熵值不同，A项错误；自发进行的化学反应的方向，由焓判据和熵判据的复合判据来判断，B项正确；反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可以自发进行，则ΔH－TΔS<0，反应的ΔS<0，则ΔH<0，C项正确；反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)常温下不能自发进行，则ΔH－TΔS>0，反应的ΔS>0，则ΔH>0，D项正确。
状元随笔 理解熵变与反应方向的关系
(1)多数自发进行的化学反应是熵增反应，但也有很多熵减反应能自发进行。
(2)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
[提升2] 回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0，ΔS________(填“>”“<”或“＝”)0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO 2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。
(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，则：
①该反应常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。
(4)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS______(填“>”或“<”)0。
>
>
不能
<
不能
能
>
解析：(1)该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以ΔH>0，ΔS>0，低温下ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)因为ΔS<0，且ΔG＝ΔH－TΔS<0，故ΔH<0。(3)①常温下石灰石不分解。②该反应的ΔH>0，ΔS>0, 属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。(4)吸热反应能自发进行，即ΔH>0，ΔH－TΔS<0，又知T>0，故ΔS>0。
状元随笔 (1)焓和熵的变化取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。
(2)ΔH与ΔS共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行，它们与化学反应速率无关。
(3)判据ΔH－TΔS指的是在温度、压强一定的条件下反应自动发生的趋势，不能说明该条件下反应能否实际发生。
【关键能力】
1.化学反应自发进行的判断依据
(1)公式描述
在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的判据为ΔH－TΔS。
ΔH－TΔS<0 反应正向能自发进行
ΔH－TΔS＝0 反应达到平衡状态
ΔH－TΔS>0 反应正向不能自发进行
(2)文字表述
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。
2．反应方向判据的相关规律
(1)放热的熵增加反应一定能自发进行。
(2)吸热的熵减小反应一定不能自发进行。
(3)当反应的焓变和熵变的影响相反时，如果二者大小相差悬殊，某一因素可能占主导地位。
常温下的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。
常温下的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。
(4)如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。
当堂评价
1．过氧化氢，化学式H2O2。纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体，可任意比例与水混溶，是一种强氧化剂，水溶液俗称双氧水，为无色透明液体。其水溶液适用于医用伤口消毒及环境消毒和食品消毒。已知，H2O2分解成H2O和O2，其中ΔH＝－196.1 kJ·mol－1，ΔS＝125.8 J·mol－1·K－1，据此，下列说法正确的是( )
A．该反应在常温下不能自发进行
B．该反应在常温下能自发进行
C．该反应反应前后熵值减小
D．该反应反应物的总能量低于生成物的总能量
答案：B
2．(双选)下列说法正确的是( )
A．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0
B．ΔH<0、ΔS<0的反应在高温条件下能自发进行
C．反应MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)的ΔS>0
D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
答案：AC
3．(双选)下列内容与结论相对应的是( )
选项 内容 结论
A H2O(g)变成H2O(l) ΔS>0
B 硝酸铵溶于水可自发进行 该反应的ΔS>0
C 一个反应的ΔH>0，ΔS>0 反应一定不能自发进行
D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol－1 ΔS＝8 J·mol－1·K－1 反应在任意温度下都能自发进行
答案：BD
4.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、100 kPa下，ΔH＝－113 kJ·mol－1，ΔS＝-145 J·。下列说法中错误的是( )
A.该反应中反应物的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血红蛋白结合而使人中毒
答案：B
5．有A、B、C、D四个反应：
(1)在任何温度下都能自发进行的反应是________。
(2)在任何温度下都不能自发进行的反应是________。
(3)在余下的反应中：①温度高于________℃时可自发进行的反应是________。
②温度低于________℃时可自发进行的反应是________。
反应 A B C D
ΔH/kJ·mol－1 ＋10.5 ＋1.80 －126 －11.7
ΔS/J·mol－1·K－1 30.0 －113.0 84.0 －105.0
C
B
77
A
－161.6
D
6．回答下列问题：
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：_________________________________________________。
(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。
a．CO(g)===C(s)＋O2(g)
b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
该反应是ΔH>0、ΔS<0的反应，任何温度下均不能自发进行
a
解析：(1)该反应ΔH>0，ΔS<0，根据ΔH－TΔS>0，故不能实现该反应。
(2)a、b、c、d的ΔH>0，b、c、d反应的ΔS>0，ΔH－TΔS<0时，反应才能自发进行，所以在高温下才能自发进行。a项ΔS<0，ΔH－TΔS>0，所以在高温下该反应不能自发进行。
(3)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝56.76 kJ·mol－1能自发进行的原因是______________________________ _____________________。
(4)将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g) ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1。
该反应在低温下能否自发进行？________(填“能”或“不能”)。
该反应是熵增反应，且常温下熵变ΔS对反应的方向起决定作用
不能
解析：(3)该反应能自发进行，说明ΔH－TΔS<0，而该反应的ΔH>0，ΔS>0，故ΔS对反应方向起决定作用。
(4)根据ΔH－TΔS<0为自发反应知，现ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1
ΔH－TΔS<0，解得在T>≈982.0 K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。
练后反思第2章 化学反应的方向、限度与速率
第1节 化学反应的方向
核心微网络
素养新目标
1.知道化学反应是有方向的。
2．知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
学业基础——自学·思记·尝试
一、反应焓变与反应方向
1．自发过程与自发反应
自发过程 自发反应
含义 在温度和压强一定的条件下，________就能自动进行的过程 在给定的一组条件下，可以________进行到显著程度的化学反应
特征 具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下是肯定____________的
举例 高山流水，自由落体运动 钢铁生锈
应用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。 (2)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.反应焓变与反应方向的关系
(1)二者关系
(2)结论
反应的焓变是反应能否______________________进行的影响因素，但不是唯一因素。
状元随笔 多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有不少吸热反应能自发进行，如NH4Cl与Ca(OH)2的反应；还有一些反应，在室温条件下不能自发进行，但在高温条件下能自发进行，如高温煅烧CaCO3。
二、反应熵变与反应方向
1．熵
(1)概念：描述体系________的物理量。符号为S；单位为。
(2)熵值的大小比较。
2．熵变
3．反应熵变与反应方向
(1)二者之间的关系
(2)结论：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。
状元随笔 有些熵减小的反应在一定条件下也可自发进行，如铝热反应：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)，ΔS＝－39.35 J·mol－1·K－1。因此，熵变是与反应进行的方向有关的一个因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素，只根据熵变来判断反应进行的方向也是不全面的。
三、用焓变与熵变综合判断反应方向
1．反应方向的判据：在________和________一定的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果。反应的判据为____________________________。
2．文字表述
在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向______________的方向进行，直至达到平衡状态。
3．局限性
(1)只能用于一定温度、压强条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。
(2)仅仅可以用于判断温度、压强一定的条件下反应________________，不能说明反应在该条件下能否_________________________________________________________________。
状元随笔 (1)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，化学反应有呈现最大混乱度的倾向，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。
(2)复合判据ΔH－TΔS只能用于恒温、恒压条件下的反应，不能用于其他条件下的反应。
【即学即练】
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)能够自发进行的反应不一定都是放热反应。( )
(2)能够自发进行的反应就一定能够发生并完成。( )
(3)同一物质：固体→液体→气体变化是焓减和熵增的过程。( )
(4)与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小。( )
(5)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释该变化过程的自发性。( )
(6)吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行。( )
(7)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。( )
(8)一个反应的ΔH－TΔS＝0，则该反应处于平衡状态。( )
2．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，因此该反应是熵增反应
C．碳酸铵[(NH4)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)是一个熵减小的反应
3．(双选)下列对熵变的判断中不正确的是( )
A．少量的食盐溶解于水中：ΔS>0
B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS<0
C．气态水变成液态水：ΔS>0
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS>0
4．(双选)以白云石(CaCO3·MgCO3)为原料冶炼金属镁的反应工艺涉及以下两个反应：
①CaCO3·MgCO3MgO·CaO＋2CO2↑；
②2(MgO·CaO)＋Si2CaO＋SiO2＋2Mg↑
对①②两个反应的说法正确的是( )
A．在敞口容器中有利于反应①的进行
B．反应①能进行，说明该反应ΔH<0
C．在真空条件下有利于反应②的进行
D．反应②能进行，说明Si的还原性比Mg强
5．已知反应：Te(s)＋H2(g)===H2Te(g)的ΔH为正值，ΔS为负值，设ΔH与ΔS不随温度而变化，下列说法正确的是( )
A．低温下是自发反应
B．高温下是自发反应
C．低温下是非自发反应，高温下是自发反应
D．任何温度下都是非自发反应
6．已知电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(l) ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol－1，ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol－1·K－1，假设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行时的温度________。
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目标 化学反应方向的判断
例已知下列过程都能自发进行，其中不能用“焓判据”解释的是( )
A．2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s) ΔH<0
B．C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＜0
C．2NH4Cl(s)＋Ca(OH)2(s)===2NH3(g)＋CaCl2(s)＋2H2O(l) ΔH>0
D．2Mg(s)＋O2(g)===2MgO(s) ΔH<0
状元随笔 理解焓变与反应方向的关系
(1)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。
(2)反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
[提升1] 下列有关说法不正确的是( )
A．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
B．自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断
C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
D．常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
状元随笔 理解熵变与反应方向的关系
(1)多数自发进行的化学反应是熵增反应，但也有很多熵减反应能自发进行。
(2)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。
[提升2] 回答下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)，该反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0，ΔS________(填“>”“<”或“＝”)0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO 2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH________(填“>”“<”或“＝”)0。
(3)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0，ΔS>0，则：
①该反应常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。
②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应方向的决定因素。
(4)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS______(填“>”或“<”)0。
状元随笔 (1)焓和熵的变化取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。
(2)ΔH与ΔS共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行，它们与化学反应速率无关。
(3)判据ΔH－TΔS指的是在温度、压强一定的条件下反应自动发生的趋势，不能说明该条件下反应能否实际发生。
【关键能力】
1.化学反应自发进行的判断依据
(1)公式描述
在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关。研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，反应方向的判据为ΔH－TΔS。
ΔH－TΔS<0 反应正向能自发进行
ΔH－TΔS＝0 反应达到平衡状态
ΔH－TΔS>0 反应正向不能自发进行
(2)文字表述
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。
2．反应方向判据的相关规律
(1)放热的熵增加反应一定能自发进行。
(2)吸热的熵减小反应一定不能自发进行。
(3)当反应的焓变和熵变的影响相反时，如果二者大小相差悬殊，某一因素可能占主导地位。
常温下的放热反应，焓变对反应方向起决定性作用。
常温下的吸热反应，熵变对反应方向起决定性作用。
(4)如果反应的焓变和熵变的影响相反且相差不大时，温度可能对反应的方向起决定性作用。
当堂评价——夯实·测控·演练
1．过氧化氢，化学式H2O2。纯过氧化氢是淡蓝色的黏稠液体，可任意比例与水混溶，是一种强氧化剂，水溶液俗称双氧水，为无色透明液体。其水溶液适用于医用伤口消毒及环境消毒和食品消毒。已知，H2O2分解成H2O和O2，其中ΔH＝－196.1 kJ·mol－1，ΔS＝125.8 J·mol－1·K－1，据此，下列说法正确的是( )
A．该反应在常温下不能自发进行
B．该反应在常温下能自发进行
C．该反应反应前后熵值减小
D．该反应反应物的总能量低于生成物的总能量
2．(双选)下列说法正确的是( )
A．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0
B．ΔH<0、ΔS<0的反应在高温条件下能自发进行
C．反应MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)的ΔS>0
D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
3．(双选)下列内容与结论相对应的是( )
选项 内容 结论
A H2O(g)变成H2O(l) ΔS>0
B 硝酸铵溶于水可自发进行 该反应的ΔS>0
C 一个反应的ΔH>0，ΔS>0 反应一定不能自发进行
D H2(g)＋F2(g)===2HF(g)的ΔH＝－271 kJ·mol－1 ΔS＝8 J·mol－1·K－1 反应在任意温度下都能自发进行
4.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、100 kPa下，ΔH＝－113 kJ·mol－1，ΔS＝。下列说法中错误的是( )
A.该反应中反应物的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血红蛋白结合而使人中毒
5．有A、B、C、D四个反应：
反应 A B C D
ΔH/kJ·mol－1 ＋10.5 ＋1.80 －126 －11.7
ΔS/J·mol－1·K－1 30.0 －113.0 84.0 －105.0
(1)在任何温度下都能自发进行的反应是________。
(2)在任何温度下都不能自发进行的反应是________。
(3)在余下的反应中：①温度高于________℃时可自发进行的反应是________。
②温度低于________℃时可自发进行的反应是______________。
6．回答下列问题：
(1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，简述该设想能否实现的依据：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)下列反应中，在高温下不能自发进行的是________(填字母)。
a．CO(g)===C(s)＋O2(g)
b．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)
c．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)
d．MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)
(3)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝56.76 kJ·mol－1能自发进行的原因是________________________________。
(4)将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g) ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·。
该反应在低温下能否自发进行？________(填“能”或“不能”)。
练后反思
第1节 化学反应的方向
学 业 基 础
一、
1．不用借助外力作用 自发 不能自发进行
2．(1)放热 吸热 (2)自发
二、
1．(1)无序程度 (2)S(g)>S(l)>S(s) 越大 >
2．反应产物总熵 反应物总熵
3．(1)增加 减小
三、
1．温度 压强 ΔH－TΔS ＜ ＝ ＞
2．ΔH－TΔS＜0
3．(2)发生的可能性 实际发生
【即学即练】
1．答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√ (8)√
2．解析：Na与水的反应是固体与液体反应生成气体，为熵增的反应，ΔS>0，在反应中钠会熔化成一个闪亮的小球四处游动，且发出嘶嘶的声音，此反应为放热反应，则ΔH<0，故ΔH－TΔS<0，该反应能自发进行，A正确；该反应是吸热反应，ΔH>0，要能自发进行ΔH－TΔS<0，该反应一定是熵增反应，B正确；碳酸铵自发分解，是因为氨气的生成而使熵增大，C错误；CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)反应后气体分子数减小，所以是一个熵减小的反应，D正确。
答案：C
3．解析：A项，NaCl(s)―→NaCl(aq) ΔS>0；B项，2C(s)＋O2(g)2CO(g) ΔS>0；C项，H2O(g)―→H2O(l) ΔS<0；D项，CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g) ΔS>0。
答案：BC
4．解析：在敞口容器中进行①反应，反应产生CO2脱离反应体系，根据平衡移动原理，减小生成物浓度，平衡正向移动，因此有利于反应①的进行，A正确；由于该反应的正反应是气体体积增大的反应，ΔS>0，根据公式ΔH－TΔS<0，反应可自发进行，反应在高温下进行，因此不能判断该反应的正反应是放热反应还是吸热反应，B错误；反应在真空条件下进行，就可以避免反应产生的Mg被氧化，因此对该反应发生有利，C正确；反应在高温下发生，因此不能证明物质Si、Mg还原性的相对强弱，D错误。
答案：AC
5．解析：由知ΔH－TΔS>0，且随温度的升高而增大。
答案：D
6．解析：要使反应能够自发进行，则ΔH－TΔS<0，即－94.0 kJ·mol－1－T×(－75.8 J·mol－1·K－1)×10－3 kJ·J－1<0，故T<≈1 240 K。
答案：小于1 240 K
核 心 素 养
[例] 解析：焓判据是指ΔH<0的反应有利于自发进行，C项反应的ΔH>0，按焓判据反应不能发生，而题给条件是能自发进行，所以不能用“焓判据”解释该反应为自发反应。
答案：C
[提升1] 解析：熵值指的是物质的混乱程度，同一物质的固、液、气三种状态混乱程度不同，所以熵值不同，A项错误；自发进行的化学反应的方向，由焓判据和熵判据的复合判据来判断，B项正确；反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可以自发进行，则ΔH－TΔS<0，反应的ΔS<0，则ΔH<0，C项正确；反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)常温下不能自发进行，则ΔH－TΔS>0，反应的ΔS>0，则ΔH>0，D项正确。
答案：A
[提升2] 解析：(1)该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以ΔH>0，ΔS>0，低温下ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。(2)因为ΔS<0，且ΔG＝ΔH－TΔS<0，故ΔH<0。(3)①常温下石灰石不分解。②该反应的ΔH>0，ΔS>0, 属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。(4)吸热反应能自发进行，即ΔH>0，ΔH－TΔS<0，又知T>0，故ΔS>0。
答案：(1)> > 不能 (2)< (3)①不能 ②能 (4)>
当 堂 评 价
1．答案：B
2．答案：AC
3．答案：BD
4．答案：B
5．答案：(1)C (2)B (3)①77 A ②－161.6 D
6．解析：(1)该反应ΔH>0，ΔS<0，根据ΔH－TΔS>0，故不能实现该反应。
(2)a、b、c、d的ΔH>0，b、c、d反应的ΔS>0，ΔH－TΔS<0时，反应才能自发进行，所以在高温下才能自发进行。a项ΔS<0，ΔH－TΔS>0，所以在高温下该反应不能自发进行。
(3)该反应能自发进行，说明ΔH－TΔS<0，而该反应的ΔH>0，ΔS>0，故ΔS对反应方向起决定作用。
(4)根据ΔH－TΔS<0为自发反应知，现ΔH＝131.3 kJ·mol－1，ΔS＝133.7 J·mol－1·K－1
ΔH－TΔS<0，解得在T>≈982.0 K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。
答案：(1)该反应是ΔH>0、ΔS<0的反应，任何温度下均不能自发进行 (2)a (3)该反应是熵增反应，且常温下熵变ΔS对反应的方向起决定作用 (4)不能
