苏教版高中化学选择性必修1化学反应原理专题2第二单元基础课时11化学反应的方向学案
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| 名称 | 苏教版高中化学选择性必修1化学反应原理专题2第二单元基础课时11化学反应的方向学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 489.9KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-04-09 18:52:43 | ||
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文档简介
第二单元 化学反应的方向与限度
基础课时11 化学反应的方向
学习任务 1．通过了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的思维方法模型，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 2．通过三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
一、自发过程和自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。
(2)特点
①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。
②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。
2．自发反应
(1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。
(2)自发反应的特征。
①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发。
②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。
③体系趋向于从有序体系转变为无序体系。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)自发过程不需任何条件就能发生。 (×)
(2)室温下冰变成水属于自发过程。 (√)
(3)水由高处向低处流属于自发过程。 (√)
(4)能自发进行的反应速率一定很大。 (×)
二、化学反应进行方向的判据
1．反应焓变与反应方向
(1)放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。
(2)焓变与化学反应进行方向的关系。
①多数放热反应是自发进行的。
如：燃烧反应、中和反应等。
②有不少吸热的反应也能自发进行。
如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH>0。
③还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。
如：CaCO3(g)CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0。
2．反应熵变与反应方向
(1)熵：衡量一个体系混乱度的物理量。熵值越大，混乱程度越大，符号为S。
(2)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增大，即熵变(符号ΔS)大于0。
(3)熵判据：体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
(4)熵变与化学反应进行方向的关系。
①许多熵增的反应是自发的。
如：2KClO32KCl＋3O2↑；
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑等。
②有些熵减的反应也可以自发进行。
如：Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)。
3．焓变与熵变对反应方向的共同影响
(1)复合判据为体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为kJ·mol-1)，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方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
(2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行，直到达平衡状态。
①当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应能自发进行。
②当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应不能自发进行。
③当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达到平衡状态。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)放热反应一定能自发进行。 (×)
(2)同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大。 (√)
(3)熵增的反应一定能自发进行。 (×)
(4)自发反应在任何条件下均可发生。 (×)
(5)过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率。 (×)
化学反应进行的方向
材料1 盐酸与NaOH溶液混合后可以自发生成NaCl与水，而将NaCl固体放入水中却不能自发生成盐酸和NaOH，因为前者为放热反应；热水会自发变凉，凉水不能自发变热，因为前者为放热过程。但并不是所有的放热反应(过程)都是自发进行的。
材料2 熵的由来
1923年，德国物理学家普朗克来南京“国立第四中山大学”讲学，我国著名的物理学家胡刚复教授担任翻译，他根据“entropy”为热量与温度之商，而且这个概念与“火”有关，就在“商”上另加火旁，构成一个新字“熵”，从此为浩瀚的汉字库中增加了一个新字。
[问题1] 某同学做Na2CO3、NaHCO3分别与盐酸反应的实验，并用温度计测量反应后的温度，得出Na2CO3与盐酸的反应为放热反应，NaHCO3与盐酸的反应为吸热反应。分析Na2CO3与盐酸的反应为什么自发进行？
提示：与反应焓变有关，能量降低是该反应自发进行的重要因素之一。
[问题2] 分析为什么NaHCO3与盐酸的反应在室温下也是自发进行？
提示：虽然是吸热反应，但NaHCO3与盐酸的反应在反应前后混乱度即熵增大，这是该反应得以自发进行的主要原因。
[问题3] 决定化学反应方向的因素是什么？
提示：(1)放热的熵增加的反应一定能够自发进行。
(2)吸热的熵减少的反应一定不能自发进行。
(3)当焓变和熵变的影响相反时，如果二者大小相差悬殊，可能是某一因素占主导地位。
1．化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系易错提醒
(1)自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变。
(2)过程的自发性只能用于判断过程进行的方向，是否能实现还要看具体的条件。
(3)要利用焓判据和熵判据综合判断反应进行的方向，不能简单地单独使用。
2．自由能判断反应进行方向的规律
1．已知吸热反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，设ΔH和ΔS不随温度而变，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．任何温度下都能自发进行
D．任何温度下都不能自发进行
D [已知反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)的ΔH＞0，ΔS＜0，所以ΔH－TΔS＞0，在任何温度下反应都是不能自发进行的，A、B、C错误，D正确。]
2．下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是( )
A．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程
B．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH＝－444.3 kJ·mol-1 ΔS＝－280.1 J·mol-1·K-1在常温常压下能自发进行
C．在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1 200 K)下则能自发进行
D．放热过程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的
D [放热的自发过程可能熵减小，吸热的自发过程是熵增加的过程，A项正确；根据ΔG＝ΔH－TΔS＝－444.3 kJ·mol-1－298 K×(－280.1×10-3 kJ·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，常温常压下能自发进行，B项正确；碳酸钙分解反应的ΔH＞0且ΔS＞0，同样根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知在高温下可自发进行，C项正确；焓减小或熵增加的过程不一定都是自发进行的，有的反应需在外力作用下才能进行，D项错误。]
1．下列关于判断反应的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．自发反应在任何条件下都能发生
C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的反应
D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
C [焓判据与熵判据都不能单独作为反应自发性的判据，二者组合而成的复合判据，更适合于所有的反应，A项错误，C项正确；在一定条件下能自发进行的反应，改变条件可能不能自发进行，B项错误；同一物质S(s)＜S(l)＜S(g)，D项错误。]
2．下列说法正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B．自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH＞0
C [不能仅仅根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也可能是自发进行的，A项错误；自发进行的反应，其现象不一定非常明显，非自发反应的熵不一定减小，B项错误；根据反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)不能自发进行可知，该反应的ΔH－TΔS＞0，又知该反应ΔS＞0，则该反应的ΔH＞0，C项正确；反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则ΔH－TΔS＜0，因ΔS＜0，则ΔH＜0，D项错误。]
3．25 ℃、1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝56.7 kJ·mol-1能自发进行，其原因是( )
A．该反应是吸热反应
B．该反应是放热反应
C．该反应是熵减小的反应
D．熵增效应大于能量效应
D [根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据焓判据，该反应是吸热反应，不能自发进行。事实上该反应能自发进行，说明熵增效应大于能量效应。]
4．现有反应：2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g) ΔH＞0，下列有关说法正确的是( )
A．ΔH＞0的化学反应一定不能自发进行
B．该反应熵增大(即ΔS＞0)
C．该反应在任何条件下一定能自发进行
D．自发过程一定使体系的熵增大
B [ΔH＞0的化学反应也有能自发进行的，A项错误；B项正确；该反应只有在高温条件下才能自发进行，C项错误；自发过程也有使体系的熵减小的，D项错误。]
基础课时固基练(11) 化学反应的方向
1．下列关于自发过程的叙述中，正确的是( )
A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C [在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也是需要特定的条件，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使非自发过程转变为自发过程，D项错误。]
2．下列反应一定属于非自发进行的是( )
A．N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝67.7 kJ/mol
B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝1 921.8 kJ/mol
C．C6H12O6(s)＋6O2 (g)===6CO2 (g)＋6H2O(l) ΔH＝－2 804 kJ/mol
D．2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566 kJ/mol
A [A.反应特征分析，反应的ΔH＞0、ΔS＜0，则ΔH－TΔS＞0，反应一定非自发进行，故A符合题意；B.CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝1 921.8 kJ/mol，反应ΔH＞0、ΔS＞0，高温下可能ΔH－TΔS＜0，故B不符合题意；C.C6H12O6 (s)＋6O2 (g)===6CO2 (g)＋6H2O(l) ΔH＝－2 804 kJ/mol，反应的ΔH＜0、ΔS＝0，则ΔH－TΔS＜0，反应一定自发进行，故C不符合题意；D.2CO(g)＋O2 (g)===2CO2(g) ΔH＝－566 kJ/mol，反应ΔH＜0、ΔS＜0，则ΔH－TΔS>0，低温下反应可能自发进行，故D不符合题意。]
3．下列说法完全正确的是( )
A．自发进行的反应均是ΔH<0的反应
B．ΔS为正值的反应均能自发进行
C．物质的量增加的反应，ΔS为正值
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)，则ΔS>0
D [有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)=== NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为自发性的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即ΔS不一定为正值，如2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增反应，故D对。]
4．下列关于焓变的叙述中正确的是( )
A．化学反应的焓变与反应的方向无关
B．化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C．焓变为正值的反应都是吸热反应
D．焓变为正值的反应都能自发进行
C [ΔH＞0，说明反应为吸热反应，C项正确；焓判据只是判断反应方向的一个依据，所以A、B、D项不正确。]
5．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
C [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。]
6．“熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S”。下列变化中，ΔS＜0的是( )
A．3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g)
B．2NO2(g)===N2O4(l)
C．2IBr(l)===I2(s)＋Br2(g)
D．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)
B [选项B中的反应是由气体转化为液体，混乱度减小，ΔS＜0。]
7．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝74.9 kJ·mol-1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
A [根据反应化学方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增加的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。]
8．已知反应：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol-1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol-1，则下列正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0
B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0
C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0
D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0
A [该反应在一定温度下能够自发地向右进行，这说明ΔH－TΔS一定小于0，根据化学方程式可知该反应的ΔS＞0，所以如果ΔH＜0，则该反应在任何温度下都是自发进行的，而该反应在一定温度下能够自发地向右进行，因此该反应的反应热ΔH＞0，故选A。]
9．对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是( )
A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行
B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D．固体的溶解过程与熵变无关
B [化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。]
10．(素养题)实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。
关于该反应的下列说法中，正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔS＞0
B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0
D．ΔH＜0，ΔS＞0
C [根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，ΔH＜0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。]
11．(易错题)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＝－2 180.9 J·mol-1、ΔS＝－6.61 J·mol-1·K-1)( )
A．会变成灰锡
B．不会变成灰锡
C．不能确定
D．升高温度才会变成灰锡
A [在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜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ΔH－TΔS值的问题。ΔH－TΔS＝－2 180.9 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为灰锡。]
12．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________0(填“>”“<”或“＝”，下同)，ΔS________________0，在低温下，该反应__________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。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________0(填“>”“<”或“＝”)。
(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)已知：CaSO4(s)＋CO(g) CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝218 kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是________________。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________0(填“>”或“<”)。
[解析] (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)自发反应的条件是ΔH－TΔS<0，即ΔH0，故T>，即T值应较大，该反应应在高温下进行。
(5)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)高温 (5)>
基础课时11 化学反应的方向
学习任务 1．通过了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发性的思维方法模型，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。 2．通过三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识，培养科学态度与社会责任的化学核心素养。
一、自发过程和自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。
(2)特点
①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。
②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。
2．自发反应
(1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。
(2)自发反应的特征。
①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发。
②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。
③体系趋向于从有序体系转变为无序体系。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)自发过程不需任何条件就能发生。 (×)
(2)室温下冰变成水属于自发过程。 (√)
(3)水由高处向低处流属于自发过程。 (√)
(4)能自发进行的反应速率一定很大。 (×)
二、化学反应进行方向的判据
1．反应焓变与反应方向
(1)放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。
(2)焓变与化学反应进行方向的关系。
①多数放热反应是自发进行的。
如：燃烧反应、中和反应等。
②有不少吸热的反应也能自发进行。
如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH>0。
③还有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。
如：CaCO3(g)CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0。
2．反应熵变与反应方向
(1)熵：衡量一个体系混乱度的物理量。熵值越大，混乱程度越大，符号为S。
(2)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增大，即熵变(符号ΔS)大于0。
(3)熵判据：体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。
(4)熵变与化学反应进行方向的关系。
①许多熵增的反应是自发的。
如：2KClO32KCl＋3O2↑；
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑等。
②有些熵减的反应也可以自发进行。
如：Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)。
3．焓变与熵变对反应方向的共同影响
(1)复合判据为体系的自由能变化(符号为ΔG，单位为kJ·mol-1)，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方向的判断，ΔG＝ΔH－TΔS。
(2)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行，直到达平衡状态。
①当ΔH＜0，ΔS＞0时，ΔG＜0，反应能自发进行。
②当ΔH＞0，ΔS＜0时，ΔG＞0，反应不能自发进行。
③当ΔH＞0，ΔS＞0或ΔH＜0，ΔS＜0时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，即反应达到平衡状态。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)放热反应一定能自发进行。 (×)
(2)同种物质不同状态时熵值不同，气态时最大。 (√)
(3)熵增的反应一定能自发进行。 (×)
(4)自发反应在任何条件下均可发生。 (×)
(5)过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率。 (×)
化学反应进行的方向
材料1 盐酸与NaOH溶液混合后可以自发生成NaCl与水，而将NaCl固体放入水中却不能自发生成盐酸和NaOH，因为前者为放热反应；热水会自发变凉，凉水不能自发变热，因为前者为放热过程。但并不是所有的放热反应(过程)都是自发进行的。
材料2 熵的由来
1923年，德国物理学家普朗克来南京“国立第四中山大学”讲学，我国著名的物理学家胡刚复教授担任翻译，他根据“entropy”为热量与温度之商，而且这个概念与“火”有关，就在“商”上另加火旁，构成一个新字“熵”，从此为浩瀚的汉字库中增加了一个新字。
[问题1] 某同学做Na2CO3、NaHCO3分别与盐酸反应的实验，并用温度计测量反应后的温度，得出Na2CO3与盐酸的反应为放热反应，NaHCO3与盐酸的反应为吸热反应。分析Na2CO3与盐酸的反应为什么自发进行？
提示：与反应焓变有关，能量降低是该反应自发进行的重要因素之一。
[问题2] 分析为什么NaHCO3与盐酸的反应在室温下也是自发进行？
提示：虽然是吸热反应，但NaHCO3与盐酸的反应在反应前后混乱度即熵增大，这是该反应得以自发进行的主要原因。
[问题3] 决定化学反应方向的因素是什么？
提示：(1)放热的熵增加的反应一定能够自发进行。
(2)吸热的熵减少的反应一定不能自发进行。
(3)当焓变和熵变的影响相反时，如果二者大小相差悬殊，可能是某一因素占主导地位。
1．化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系易错提醒
(1)自发反应的熵不一定增大，可能减小，也可能不变。
(2)过程的自发性只能用于判断过程进行的方向，是否能实现还要看具体的条件。
(3)要利用焓判据和熵判据综合判断反应进行的方向，不能简单地单独使用。
2．自由能判断反应进行方向的规律
1．已知吸热反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)，设ΔH和ΔS不随温度而变，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．任何温度下都能自发进行
D．任何温度下都不能自发进行
D [已知反应：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)的ΔH＞0，ΔS＜0，所以ΔH－TΔS＞0，在任何温度下反应都是不能自发进行的，A、B、C错误，D正确。]
2．下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是( )
A．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程
B．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH＝－444.3 kJ·mol-1 ΔS＝－280.1 J·mol-1·K-1在常温常压下能自发进行
C．在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1 200 K)下则能自发进行
D．放热过程(ΔH＜0)或熵增加(ΔS＞0)的过程一定是自发的
D [放热的自发过程可能熵减小，吸热的自发过程是熵增加的过程，A项正确；根据ΔG＝ΔH－TΔS＝－444.3 kJ·mol-1－298 K×(－280.1×10-3 kJ·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，常温常压下能自发进行，B项正确；碳酸钙分解反应的ΔH＞0且ΔS＞0，同样根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可知在高温下可自发进行，C项正确；焓减小或熵增加的过程不一定都是自发进行的，有的反应需在外力作用下才能进行，D项错误。]
1．下列关于判断反应的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．自发反应在任何条件下都能发生
C．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的反应
D．同一物质的固、液、气三种状态的熵值相同
C [焓判据与熵判据都不能单独作为反应自发性的判据，二者组合而成的复合判据，更适合于所有的反应，A项错误，C项正确；在一定条件下能自发进行的反应，改变条件可能不能自发进行，B项错误；同一物质S(s)＜S(l)＜S(g)，D项错误。]
2．下列说法正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
B．自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH＞0
C [不能仅仅根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也可能是自发进行的，A项错误；自发进行的反应，其现象不一定非常明显，非自发反应的熵不一定减小，B项错误；根据反应C(s)＋CO2(g) 2CO(g)不能自发进行可知，该反应的ΔH－TΔS＞0，又知该反应ΔS＞0，则该反应的ΔH＞0，C项正确；反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则ΔH－TΔS＜0，因ΔS＜0，则ΔH＜0，D项错误。]
3．25 ℃、1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝56.7 kJ·mol-1能自发进行，其原因是( )
A．该反应是吸热反应
B．该反应是放热反应
C．该反应是熵减小的反应
D．熵增效应大于能量效应
D [根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据焓判据，该反应是吸热反应，不能自发进行。事实上该反应能自发进行，说明熵增效应大于能量效应。]
4．现有反应：2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g) ΔH＞0，下列有关说法正确的是( )
A．ΔH＞0的化学反应一定不能自发进行
B．该反应熵增大(即ΔS＞0)
C．该反应在任何条件下一定能自发进行
D．自发过程一定使体系的熵增大
B [ΔH＞0的化学反应也有能自发进行的，A项错误；B项正确；该反应只有在高温条件下才能自发进行，C项错误；自发过程也有使体系的熵减小的，D项错误。]
基础课时固基练(11) 化学反应的方向
1．下列关于自发过程的叙述中，正确的是( )
A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程
B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程
C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能
D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C [在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也是需要特定的条件，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使非自发过程转变为自发过程，D项错误。]
2．下列反应一定属于非自发进行的是( )
A．N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝67.7 kJ/mol
B．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝1 921.8 kJ/mol
C．C6H12O6(s)＋6O2 (g)===6CO2 (g)＋6H2O(l) ΔH＝－2 804 kJ/mol
D．2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－566 kJ/mol
A [A.反应特征分析，反应的ΔH＞0、ΔS＜0，则ΔH－TΔS＞0，反应一定非自发进行，故A符合题意；B.CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝1 921.8 kJ/mol，反应ΔH＞0、ΔS＞0，高温下可能ΔH－TΔS＜0，故B不符合题意；C.C6H12O6 (s)＋6O2 (g)===6CO2 (g)＋6H2O(l) ΔH＝－2 804 kJ/mol，反应的ΔH＜0、ΔS＝0，则ΔH－TΔS＜0，反应一定自发进行，故C不符合题意；D.2CO(g)＋O2 (g)===2CO2(g) ΔH＝－566 kJ/mol，反应ΔH＜0、ΔS＜0，则ΔH－TΔS>0，低温下反应可能自发进行，故D不符合题意。]
3．下列说法完全正确的是( )
A．自发进行的反应均是ΔH<0的反应
B．ΔS为正值的反应均能自发进行
C．物质的量增加的反应，ΔS为正值
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)，则ΔS>0
D [有些吸热反应也可以自发进行，如(NH4)2CO3(s)=== NH4HCO3(s)＋NH3(g)，故A错；熵变与反应的自发性有关，但不能独立地作为自发性的判据，故B错；物质的量增加的反应，其混乱度不一定增加，即ΔS不一定为正值，如2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增反应，故D对。]
4．下列关于焓变的叙述中正确的是( )
A．化学反应的焓变与反应的方向无关
B．化学反应的焓变直接决定了反应的方向
C．焓变为正值的反应都是吸热反应
D．焓变为正值的反应都能自发进行
C [ΔH＞0，说明反应为吸热反应，C项正确；焓判据只是判断反应方向的一个依据，所以A、B、D项不正确。]
5．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
C [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。]
6．“熵”表示体系的混乱度，它的符号是“S”。下列变化中，ΔS＜0的是( )
A．3Fe(s)＋4H2O(g)===Fe3O4(s)＋4H2(g)
B．2NO2(g)===N2O4(l)
C．2IBr(l)===I2(s)＋Br2(g)
D．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋CO2(g)＋H2O(g)
B [选项B中的反应是由气体转化为液体，混乱度减小，ΔS＜0。]
7．已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g) ΔH＝74.9 kJ·mol-1，下列说法正确的是( )
A．该反应中熵变、焓变皆大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行
D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应
A [根据反应化学方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0，A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增加的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。]
8．已知反应：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol-1，|ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol-1，则下列正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0
B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0
C．ΔH＞0，ΔH－TΔS＞0
D．ΔH<0，ΔH－TΔS<0
A [该反应在一定温度下能够自发地向右进行，这说明ΔH－TΔS一定小于0，根据化学方程式可知该反应的ΔS＞0，所以如果ΔH＜0，则该反应在任何温度下都是自发进行的，而该反应在一定温度下能够自发地向右进行，因此该反应的反应热ΔH＞0，故选A。]
9．对于化学反应方向的判断，下列说法中正确的是( )
A．温度、压强一定时，放热的熵减小的反应一定能自发进行
B．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
C．反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D．固体的溶解过程与熵变无关
B [化学反应的方向由焓变和熵变共同决定，不能仅用焓变或熵变判断反应的方向。]
10．(素养题)实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，如图表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。
关于该反应的下列说法中，正确的是( )
A．ΔH＞0，ΔS＞0
B．ΔH＞0，ΔS＜0
C．ΔH＜0，ΔS＜0
D．ΔH＜0，ΔS＞0
C [根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，ΔH＜0；该反应发生后气体的物质的量减小，ΔS＜0。]
11．(易错题)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＝－2 180.9 J·mol-1、ΔS＝－6.61 J·mol-1·K-1)( )
A．会变成灰锡
B．不会变成灰锡
C．不能确定
D．升高温度才会变成灰锡
A [在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS＜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ΔH－TΔS值的问题。ΔH－TΔS＝－2 180.9 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为灰锡。]
12．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________0(填“>”“<”或“＝”，下同)，ΔS________________0，在低温下，该反应__________(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。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________0(填“>”“<”或“＝”)。
(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)已知：CaSO4(s)＋CO(g) CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g) ΔH＝218 kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是________________。
(5)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS________0(填“>”或“<”)。
[解析] (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)自发反应的条件是ΔH－TΔS<0，即ΔH
(5)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)高温 (5)>