第三节 化学反应的方向
【新课探究】
学习任务
课前自主预习
1.方向性 不能自发进行
2.(1)< (2)> (3)自发
3.(1)混乱程度 S (2)越大
(3)①> > ③>
4.反应产物的总熵 反应物的总熵
5.(1)增加 减小 (2)熵变
[问题思考] (1)提示:ΔH>0、ΔS>0的反应在高温时能自发进行,低温时不能自发进行。
(2)提示:若A、B、C都是气体,该反应是熵减的反应,而且该反应任何温度都不能自发进行,那么该反应是吸热反应。
知识迁移应用
例1 B [解析] 该反应为放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能量,A正确;常温下,ΔH-TΔS=-113 kJ·mol-1-298 K×(-145 J·mol-1·K-1)×10-3 kJ·J-1<0 ,故该反应常温下可自发进行,B错误;该反应常温下可自发进行,高温只是加快反应的速率,C正确;CO和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒,D正确。
例2 D [解析] 反应能自发进行的前提条件是反应的ΔH-TΔS<0。ΔH>0,ΔS<0,在任何温度下,ΔH-TΔS>0,反应都不能自发进行,A错误;ΔH<0,ΔS<0,在较低温度下,ΔH-TΔS<0,反应能自发进行,B错误;ΔH>0,ΔS>0,在较高温度下,ΔH-TΔS<0,反应能自发进行,C错误;ΔH<0,ΔS>0,在任何温度下,ΔH-TΔS<0,反应均能自发进行,D正确。
【课堂评价】
1.(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
[解析] (1)CaCO3分解反应是一个气体物质的量增多的反应,故为熵增过程。
(2)-10 ℃的水结成冰是一个熵减过程,该过程能自发进行,应用焓变的判据解释,即ΔH<0是该过程自发进行的主要原因。
(3)当ΔH>0、ΔS>0时,温度越高越可能使ΔH-TΔS<0,即温度越高越有利于反应自发进行。
2.D [解析] 若放热反应为熵减反应,当温度较高时,反应不一定能自发进行,A错误;非自发反应在一定条件下也能实现,电解就是非自发的氧化还原反应,B错误;若熵增反应为吸热反应,在低温时反应难以自发进行,如碳酸钙的分解,C错误;反应是否能自发进行,需要从焓判据和熵判据进行综合分析,D正确。
3.A [解析] 熵增加且放热的反应,ΔH-TΔS<0,反应一定能自发进行,A正确;某过程有自发性是在一定条件下,如低温自发、高温自发,知道了某过程有自发性之后,不能确定该过程是否一定会发生,反应的发生还与外界条件有关,B错误;非自发反应在一定条件下也能实现,电解就是非自发的氧化还原反应,反应自发性与反应速率无关,自发反应的反应速率不一定快,如钢铁生锈等,C错误;C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0,该反应正向气体体积增大,则ΔS>0,所以该反应在高温条件才可以自发进行,D错误。
4.D [解析] ΔG=ΔH-TΔS,随温度升高,反应①的ΔG减小,反应②的ΔG增大,则反应①的ΔS>0,反应②的ΔS<0,A正确;ΔG=ΔH-TΔS<0,反应能自发进行,反应②在600 ℃时ΔG<0,能自发进行,B正确;由图可知,在一定温度范围内,反应①②的ΔG均存在小于0的情况,故均能自发进行,C正确;由A分析可知反应②的ΔS<0, 由图可知,反应②在低温时能自发进行,则该反应ΔH<0,D错误。
5.(1)> > 不能 (2)< (3)>
[解析] (1)该反应为吸热反应,反应后气体的化学计量数之和增加,所以ΔH>0,ΔS>0,故低温下ΔG=ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。(2)因为ΔS<0,且常温下ΔG=ΔH-TΔS<0,故ΔH<0。(3)吸热反应能自发进行,即ΔH>0,ΔH-TΔS<0,又知T>0,故ΔS>0。第三节 化学反应的方向
1.C [解析] 墨汁浓度大于水,微粒向浓度低的方向分散是自发进行的物理变化,A不符合题意;水的凝固点为0 ℃,水在常温下是液体,水在0 ℃以下结为冰,是自发进行的物理变化,B不符合题意;石灰石转化为生石灰需要在高温条件下进行,常温下,该变化过程不是自发进行的,C符合题意;铁在潮湿的空气中生锈是自发进行的变化,D不符合题意。
2.C [解析] 干冰的升华是固体变化为气体,熵增大,故A不符合;NaCl固体溶于水生成氯离子和钠离子,混乱度增大,熵增大,故B不符合;2Na+Cl22NaCl反应中气体分子数减小,熵减小,故C符合;NH4ClNH3↑+HCl↑反应后生成气体,反应的熵增大,故D不符合。
3.D [解析] 反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则ΔG=ΔH-TΔS<0,又因为该反应ΔS<0,则该反应的ΔH<0,A错误;强酸与强碱溶液的中和反应在常温下即可迅速完成,说明强酸和强碱的中和反应的活化能较小,B错误;恒温恒压下,ΔH<0且ΔS>0的反应,都有ΔG=ΔH-TΔS<0,则一定可以自发进行,C错误;相同物质的量的同种物质,气态熵值高于液态熵值,D正确。
4.B [解析] ΔH>0,ΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS<0,反应在高温下可以自发进行,在低温下可能ΔG=ΔH-TΔS大于0,此时反应非自发,A错误;CO、O2都能与血红蛋白结合,在人体血液中的血红蛋白(Hb)建立平衡:CO+HbO2HbCO+O2,CO中毒时应将中毒患者转移至高压氧舱吸氧,提高氧气浓度促使平衡逆向移动,减缓中毒症状,B正确;吸热的熵增可逆反应,在一定条件下也能自发进行,C错误;根据反应的自发性可以预测该反应能否发生,但是不能判断反应发生的快慢,D错误。
5.C [解析] 该反应ΔH<0,是放热反应,气体分子数减小,是熵减反应,A错误;反应是否自发只与自由能ΔG是否小于0有关,与反应条件是否需要“点燃”无关,B错误;ΔH-TΔS<0时反应能自发进行,则可根据计算ΔH-TΔS是否小于0,判断常温下该反应是否自发反应,C正确;因为该反应ΔH<0、ΔS<0,则该反应低温自发,与是否点燃无关,D错误。
6.D [解析] 由图知,1 mol O2(g)的熵值随温度的升高而增大,则1 mol O2(g)的熵值不是定值,A正确;其他条件相同时,混合物的熵值大于纯净物,当物质的组成和物质的量相同时,熵值大小关系为气态>液态>固体,当物质的组成、物质的量和状态相同时,温度越高,熵值越大,即物质的熵值与物质的组成、状态、温度等因素有关,B正确;同一种物质,其熵值大小关系为气态>液态>固体,图像中出现的熵值有59 J·K-1·mol-1→67 J·K-1·mol-1、94 J·K-1·mol-1→170 J·K-1·mol-1的两个突变,是氧气状态的改变导致的,其中熵值由94 J·K-1·mol-1→170 J·K-1·mol-1是氧气由液态变为气态的过程,C正确;在同温同压下,物质的熵值的大小和其物质的量成正比,而由于三者的物质的量大小关系未知,故其熵值大小无法比较,D错误。
7.A [解析] 常温下,已知该反应的ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7 J·K-1·mol-1,ΔG=ΔH-TΔS=
(+131.3 kJ·mol-1)-298 K×(+133.7×10-3 kJ·K-1·mol-1)≈91 kJ·mol-1>0,常温下不能自发进行,A正确,B错误;100 ℃下,T=(100+273) K=373 K,ΔG=ΔH-TΔS=(+131.3 kJ·mol-1)-373 K×(+133.7×10-3 kJ·K-1·mol-1)≈81 kJ·mol-1>0,所以100 ℃时不能自发进行,C错误;ΔG=ΔH-TΔS=(+131.3 kJ·mol-1)-T×
(+133.7×10-3 kJ·K-1·mol-1)<0,即T>982 K时能自发进行,D错误。
8.A [解析] 催化剂只能改变反应速率,而不能改变反应的方向,故不能由反应需要借助催化转化器,推断该反应在常温下不是自发反应,A错误;可根据反应方向的综合判据即自由能ΔG是否小于0判断常温下该反应是否是自发反应,B正确;由2CO(g)+2NO(g)2CO2(g) + N2(g) ΔH=-113 kJ·mol-1知,当有2 mol NO(g)被消耗时反应放出113 kJ的热量,C正确;由题干信息知,该反应的ΔS=-145 J·K-1·mol-1<0,即该反应是熵减的反应,D正确。
9.D [解析] 根据盖斯定律知,反应Ⅱ=反应Ⅲ-反应Ⅰ,则反应Ⅱ的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.39 kJ·mol-1,A正确;由图知500 ℃时,水汽反应的ΔG<0,反应可自发进行,甲烷、水蒸气重整反应和甲烷、水蒸气直接重整反应的ΔG>0,反应不能自发进行,B正确;甲烷、水蒸气重整反应和甲烷、水蒸气直接重整反应均为气体分子数增大的反应,ΔS均大于0,C正确;加压和升温均能提高甲烷、水蒸气重整反应的速率,加压会使平衡逆向移动,使甲烷的平衡转化率降低,D错误。
10.C [解析] 由热化学方程式知,该反应为气体分子数增加的反应即熵增反应,则ΔS>0,A正确;该反应ΔH>0,ΔS>0,若可以自发进行,需ΔG=ΔH-TΔS<0,则该反应在高温下可自发进行,B正确;该反应为吸热反应,温度越高平衡常数越大,若K111.D [解析] 反应Ⅰ是气体分子数减小的熵减反应,ΔS<0且常温下能自发,则ΔH<0,故A错误;常温下反应Ⅰ的ΔG<0,说明反应可以自发进行,但不能判断反应速率的快慢,故B错误;反应Ⅱ在常温下不能自发进行,催化剂不能使不能自发的反应变为自发的反应,故C错误;结合反应Ⅰ、反应Ⅱ及各物质的熔点可推测在实际生产中反应Ⅰ所需的温度高于反应Ⅱ,故D正确。
12.B [解析] C(s)是固体,增大反应物与C(s)的接触面积,能提高反应速率,而增大C(s)的量,不能提高反应速率,A项错误;根据盖斯定律,反应②+反应③=反应①,ΔH1=(-220.9+175.4) kJ·mol-1=-45.5 kJ·mol-1,B项正确;反应①是熵增、放热反应,在任何温度下都能自发进行,C项错误;由图可知,升高温度,CO的物质的量增大,CO2的物质的量减小,说明CO2转化成CO的反应是吸热反应,ΔH>0,D项错误。
13.(1)不能 (2)能 (3)1 111.6 K
[解析] (1)ΔG=ΔH-TΔS=(+178.3 kJ·mol-1)-298.15 K×(+160.4×10-3 kJ·mol-1·K-1)≈+130.5 kJ·mol-1>0,所以该反应在100 kPa、298.15 K时不能自发进行。
(2)因为该反应的ΔH>0、ΔS>0,根据ΔG=ΔH-TΔS可知,在温度较高时,ΔG可能小于0。
(3)根据ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应能自发进行可知,该反应自发进行的最低温度T=≈1 111.6 K。第三节 化学反应的方向
◆ 学习任务 化学反应的方向
【课前自主预习】
1.自发过程与自发反应
自发过程 自发反应
含义 在一定条件下,不借助外部力量就能自发进行的过程 在给定的条件下,可以自发进行到显著程度的化学反应
特征 具有 ,即过程的某个方向在一定条件下自发进行,而该过程逆方向在该条件下肯定
2.反应焓变与反应方向的关系
(1)多数能自发进行的化学反应是ΔH 0的反应。
(2)有些ΔH 0的反应也能自发进行。
(3)不能仅用反应焓变来判断反应能否 进行。
3.熵
(1)概念:描述体系 的一个物理量,符号为 ,单位是J·mol-1·K-1。
(2)特点:体系混乱程度越大,体系的熵值就 。
(3)影响因素
①同一物质:S(高温)>S(低温),S(g) S(l) S(s)。
②不同物质:相同条件下不同物质具有不同的熵值,相对分子质量相同或相近的分子,分子结构越复杂,熵值越大。
③S(混合物) S(纯净物)。
4.反应的熵变及比较
5.反应熵变与反应方向
(1)二者关系
(2)结论:不能仅用反应 来判断反应能否自发进行。
[问题思考]
对于化学反应A+BC:
(1)若该反应在室温下不能自发进行,在高温下能自发进行,则该反应过程ΔH、ΔS的符号是怎样的
(2)若A、B、C都是气体,而且该反应在任何温度下都不能自发进行,那么该反应是放热反应还是吸热反应
【核心知识讲解】
1.化学反应进行方向的判据
在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下,化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断,判据为ΔG=ΔH-TΔS。
2.一般规律
(1)ΔH<0,ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行。
(2)ΔH>0,ΔS<0的反应在任何温度下都不能自发进行。
(3)ΔH和ΔS的作用相反,且相差不大时,温度对反应的方向起决定性作用。当ΔH<0,ΔS<0时,低温下反应能自发进行;当ΔH>0,ΔS>0时,高温下反应能自发进行。
[特别提醒] 对于一个特定的气相反应,熵变的大小取决于反应前后气体物质化学计量数的大小。
【知识迁移应用】
例1 [2024·山东枣庄高二月考] 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,反应原理:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g),在298 K、100 kPa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,因此需要高温条件
C.该反应常温下能自发进行,高温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
[归纳总结] 放热利于反应自发进行,熵增利于反应自发进行;化学反应的方向的判据:ΔH-TΔS<0,反应能自发进行;ΔH-TΔS=0,反应达到平衡状态;ΔH-TΔS>0,反应不能自发进行。
例2 [2024·天津和平区高二期末] 下列反应在任何温度下均能自发进行的是 ( )
A.2N2(g)+O2(g)2N2O(g)
ΔH=+163 kJ·mol-1
B.Ag(s)+Cl2(g)AgCl(s)
ΔH=-127 kJ·mol-1
C.HgO(s)Hg(l)+O2(g)
ΔH=+91 kJ·mol-1
D.H2O2(l)O2(g)+H2O(l)
ΔH=-98 kJ·mol-1
[归纳总结] 复合判据的应用
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)是一个熵减过程 ( )
(2)-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 ( )
(3)吸热且熵增加的反应,温度越低反应越可能自发进行 ( )
(4)由焓变和熵变组合而成的复合判据,将更适合于所有的过程 ( )
(5)一个反应的ΔH-TΔS=0,则该反应处于平衡状态 ( )
2.[2024·北京石景山区期末] 下列关于化学反应方向的说法正确的是 ( )
A.凡是放热反应都是自发反应
B.非自发反应任何条件都不能发生
C.凡是熵增大的反应都是自发反应
D.反应是否自发与熵变和焓变都有关
3.研究化学反应进行的方向对反应设计等具有重要意义,下列说法正确的是 ( )
A.熵增的放热反应一定是自发反应
B.知道了某过程有自发性之后,则可确定该过程是否一定会发生
C.非自发反应就是不可能发生的反应,自发反应就是能较快进行的反应
D.已知:C(s)+CO2(g)2CO(g) ΔH>0,则该反应在任何条件都可以自发进行
4.已知体系自由能变化ΔG=ΔH-TΔS。①②两个反应的ΔG与T的关系如图所示,下列说法不正确的是 ( )
已知:ΔH和ΔS随温度变化很小。
A.反应①的ΔS>0
B.反应②在600 ℃时能自发进行
C.在一定温度范围内,反应①②均能自发进行
D.反应②的ΔH>0
5.正确判断反应自发进行的方向对于生产实践具有重要的意义。回答下列问题:
(1)用钌的配合物作催化剂,在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“=”,下同)0,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,反应的方程式为2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g)。反应在常温下能够自发进行,则反应的ΔH (填“>”“<”或“=”)0。
(3)某吸热反应能自发进行,则该反应的ΔS (填“>”或“<”)0。第三节 化学反应的方向
◆ 学习任务 化学反应的方向
1.化学与生活息息相关。下列不属于自发进行的变化是 ( )
A.墨汁加到清水中使整杯水变黑
B.水在0 ℃以下结为冰
C.常温下,石灰石转化为生石灰
D.铁器在潮湿的空气中生锈
2.[2024·天津河西区高二期中] 下列几个过程中,属于熵减的变化是 ( )
A.干冰的升华
B.NaCl固体溶于水
C.2Na+Cl22NaCl
D.NH4ClNH3↑+HCl↑
3.[2024·辽宁沈阳高二期中] 下列有关说法正确的是 ( )
A.反应NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)在室温下可自发进行,则该反应的ΔH>0
B.强酸与强碱溶液中和反应的活化能很高,所以化学反应速率很大
C.恒温恒压下,ΔH<0且ΔS>0的反应一定不能自发进行
D.1 mol H2O在不同状态时的熵值:S[H2O(l)]4.[2024·福建福州高二期中] 反应进行的方向是化学反应原理的三个重要组成部分之一,下列说法中正确的是 ( )
A.ΔH>0,ΔS>0的反应一定可以自发进行
B.CO、O2与人体血液中的血红蛋白(Hb)建立平衡:CO+HbO2HbCO+O2,CO中毒时应将中毒患者转移至高压氧舱吸氧
C.可逆反应正向进行时,正反应具有自发性,ΔH一定小于零
D.根据反应的自发性可以预测该反应发生的快慢
5.[2024·北京昌平区高二期中] 对于常温下发生的反应:2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=
-571.6 kJ·mol-1,ΔS=-70 J·mol-1·K-1,下列说法正确的是 ( )
A.该反应是放热、熵增的反应
B.由于反应需要“点燃”条件,因此可推断该反应在该条件下不是自发反应
C.可根据计算ΔH-TΔS是否小于0,判断常温下该反应是否自发反应
D.该反应中的“点燃”条件,使反应从非自发反应变成自发反应,因此可以看到产生水珠的现象
6.[2024·浙江杭州高二模拟] 氧元素是在自然界中分布最广的元素,氧气在生产生活中有广泛的应用。1 mol O2随温度升高时的熵(S)的变化如图所示,下列说法不正确的是 ( )
A.由图可知,1 mol O2(g)的熵值不是定值
B.物质的熵值与物质的组成、状态、温度等因素有关
C.熵值由94 J·K-1·mol-1→170 J·K-1·mol-1的过程:O2由液态转化为气态
D.相同温度和压强下,O4(g)、O3(g)、O2(g)的熵值依次减小
7.已知自由能ΔG=ΔH-TΔS<0时,反应自发进行。将水蒸气通过红热的炭即可产生水煤气。反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3 kJ·mol-1,ΔS=+133.7 J·K-1·mol-1(假设ΔH、ΔS随温度变化忽略不计)。下列说法正确的是 ( )
A.常温下不能自发进行
B.常温下能自发进行
C.100 ℃下能自发进行
D.任何温度下都不能自发进行
8.[2024·辽宁大连高二期中] 汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)的治理办法之一是在汽车排气管上装上催化转化器,反应原理:2CO(g)+2NO(g)2CO2(g)+N2(g),在298 K(25 ℃)、101 kPa下,ΔH=-113 kJ·mol-1、ΔS=-145 J·K-1·mol-1。下列说法错误的是 ( )
A.由于反应需要借助催化转化器,因此可推断该反应在常温下不是自发反应
B.可根据计算ΔG是否小于0,判断常温下该反应是否是自发反应
C.由ΔH=-113 kJ·mol-1可知,当有2 mol NO(g)被消耗时反应放出113 kJ的热量
D.该反应是熵减的反应
9.甲烷、水蒸气重整过程的反应体系复杂,主要发生的反应如下:
甲烷、水蒸气重整反应Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) ΔH1=+206.29 kJ·mol-1
水汽反应Ⅱ:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2
甲烷、水蒸气直接重整反应Ⅲ:CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) ΔH3=+164.9 kJ·mol-1
甲烷水蒸气重整过程中ΔG随温度变化趋势如图所示。下列说法错误的是 ( )
A.反应Ⅱ的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH2=-41.39 kJ·mol-1
B.在500 ℃时,水汽反应能自发进行,甲烷、水蒸气重整反应和甲烷、水蒸气直接重整反应不能自发进行
C.甲烷、水蒸气重整反应和甲烷、水蒸气直接重整反应的ΔS均大于0
D.加压和升温均有利于提高甲烷、水蒸气重整反应的速率和提高甲烷的平衡转化率
10.[2024·广东惠州高二期末] N2O5是一种新型硝化剂,在T1温度下可发生下列反应:2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) ΔH>0。T1温度下的平衡常数为K1=125。下列说法错误的是 ( )
A.该反应的ΔS>0
B.该反应在高温下可自发进行
C.T1温度下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若K1T2
D.T1温度下,在体积为1 L的恒温密闭容器中充入2 mol N2O5,4 mol NO2,1 mol O2,此时反应将向正反应方向进行
11.[2024·辽宁沈阳二中高二月考] 氮化硼(BN)是重要的无机材料,可通过如下两种反应制得。
反应Ⅰ:2B(s)+N2(g)2BN(s)
反应Ⅱ:B2O3(s)+2NH3(g)2BN(s)+3H2O(g)
已知反应Ⅰ常温下自发,反应Ⅱ常温下不自发,B(s)、BN(s)、B2O3(s)熔点分别约为2300 ℃、3100 ℃、450 ℃,下列说法正确的是 ( )
A.反应Ⅰ的ΔS>0,ΔH>0
B.常温下反应Ⅰ的ΔG<0,因此化学反应速率快
C.性能优良的催化剂可使反应Ⅱ在常温下自发进行
D.由各物质熔点可推测在实际生产中反应Ⅰ所需的温度高于反应Ⅱ
12.工业上,采用碳氯化法制备TiCl4。已知:
①TiO2(s)+2C(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+2CO(g) ΔH1
②TiO2(s)+2Cl2(g)TiCl4(g)+O2(g)
ΔH2=+175.4 kJ·mol-1
③2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH3=-220.9 kJ·mol-1
在氯化过程中CO和CO2可以相互转化,如图所示。下列说法正确的是 ( )
A.增大C(s)的量,能提高反应①的反应速率
B.反应①的ΔH1=-45.5 kJ·mol-1
C.反应①只有在高温下才能自发进行
D.由图可知,CO2转化为CO的ΔH<0
13.(9分)已知在100 kPa、298.15 K时石灰石的分解反应为CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) ΔH=+178.3 kJ·mol-1,ΔS=+160.4 J·mol-1·K-1(假设ΔH和ΔS不随温度变化而变化)。回答下列问题:
(1)(3分)在100 kPa、298.15 K时该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
(2)(3分)根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。
(3)(3分)若温度能决定反应方向,则该反应自发进行的最低温度是 (保留一位小数)。 (共70张PPT)
第三节 化学反应的方向
学习目标 素养目标
1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有。 2.能结合具体事例说明反应自发进行的方向
学习目标 素养目标
3.认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用 【科学态度与社会责任】 具有较强的问题意识，能在讨论的基础上提出问题和假设，基于相关数据进行分析并得出结论，师生、生生交流探究成果
续表
学习任务 化学反应的方向
学习任务 化学反应的方向
【课前自主预习】
1.自发过程与自发反应
自发过程 自发反应
含义 在一定条件下，不借助外部力量就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应
特征 具有________，即过程的某个方向在一定条件下自发进 行，而该过程逆方向在该条件下肯定______________ 方向性
不能自发进行
2.反应焓变与反应方向的关系
(1)多数能自发进行的化学反应是 ___0的反应。
(2)有些 ___0的反应也能自发进行。
(3)不能仅用反应焓变来判断反应能否______进行。
自发
3.熵
(1)概念：描述体系__________的一个物理量，符号为___，单位是
。
(2)特点：体系混乱程度越大，体系的熵值就______。
混乱程度
越大
(3)影响因素
①同一物质：(高温)(低温)，______ 。
②不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，相对分子质量
相同或相近的分子，分子结构越复杂，熵值越大。
(混合物)___ (纯净物)。
4.反应的熵变及比较
反应产物的总熵
反应物的总熵
5.反应熵变与反应方向
(1)二者关系
增加
减小
(2)结论：不能仅用反应______来判断反应能否自发进行。
熵变
［问题思考］
对于化学反应
(1)若该反应在室温下不能自发进行，在高温下能自发进行，则该反
应过程、 的符号是怎样的？
提示：、 的反应在高温时能自发进行，低温时不能自
发进行。
(2)若A、B、C都是气体，而且该反应在任何温度下都不能自发进行，
那么该反应是放热反应还是吸热反应？
提示：若A、B、C都是气体，该反应是熵减的反应，而且该反应任
何温度都不能自发进行，那么该反应是吸热反应。
【核心知识讲解】
1.化学反应进行方向的判据
在等温、等压及除了体积功
以外不做其他功的条件下,
化学反应的方向可以用反应
的焓变和熵变来综合判断,
判据为 。
2.一般规律
(1)，的反应在任何温度下都能自发进行。
(2)，的反应在任何温度下都不能自发进行。
(3)和的作用相反，且相差不大时，温度对反应的方向起决定性
作用。当，时，低温下反应能自发进行；当，
时，高温下反应能自发进行。
［特别提醒］ 对于一个特定的气相反应，熵变的大小取决于反应前
后气体物质化学计量数的大小。
【知识迁移应用】
例1 ［2024·山东枣庄高二月考］ 汽车尾气(含烃类、、与 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，
它使与 反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：
，在 、下，
、 。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，因此需要高温条件
C.该反应常温下能自发进行，高温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
√
[解析] 该反应为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，A正确；
常温下，
，故该反应常温下可自发进行，B错误；
该反应常温下可自发进行，高温只是加快反应的速率，C正确；
和 均会与血红蛋白结合而使人中毒，D正确。
［归纳总结］ 放热利于反应自发进行，熵增利于反应自发进行；化
学反应的方向的判据： ，反应能自发进行；
，反应达到平衡状态； ，反应不能自发
进行。
例2 ［2024·天津和平区高二期末］ 下列反应在任何温度下均能自
发进行的是( )
A.
B.
C.
D.
√
[解析] 反应能自发进行的前提条件是反应的 。
，，在任何温度下， ，反应都不能自发进行，
A错误；
，，在较低温度下， ，反应能自发进行，
B错误；
， ，在较高温度下，，反应能自发进行，
C错误；
， ，在任何温度下， ，反应均能自发进行，
D正确。
［归纳总结］ 复合判据的应用
1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1) 是一个熵减过程( )
×
[解析] 分解反应是一个气体物质的量增多的反应，故为熵增
过程。
(2) 的水结成冰，可用熵变的判据来解释该变化过程的自发性
( )
×
[解析] 的水结成冰是一个熵减过程，该过程能自发进行，应
用焓变的判据解释，即 是该过程自发进行的主要原因。
(3)吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行( )
×
[解析] 当、时，温度越高越可能使 ，即
温度越高越有利于反应自发进行。
(4)由焓变和熵变组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程( )
√
(5)一个反应的 ，则该反应处于平衡状态( )
√
2.［2024·北京石景山区期末］下列关于化学反应方向的说法正确的
是( )
A.凡是放热反应都是自发反应
B.非自发反应任何条件都不能发生
C.凡是熵增大的反应都是自发反应
D.反应是否自发与熵变和焓变都有关
√
[解析] 若放热反应为熵减反应，当温度较高时，反应不一定能自发
进行，A错误；
非自发反应在一定条件下也能实现，电解就是非自发的氧化还原反应，
B错误；
若熵增反应为吸热反应，在低温时反应难以自发进行，如碳酸钙的分
解，C错误；
反应是否能自发进行，需要从焓判据和熵判据进行综合分析，D正确。
3.研究化学反应进行的方向对反应设计等具有重要意义，下列说法正
确的是( )
A.熵增的放热反应一定是自发反应
B.知道了某过程有自发性之后，则可确定该过程是否一定会发生
C.非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的
反应
D.已知： ，则该反应在任何条件都
可以自发进行
√
[解析] 熵增加且放热的反应， ，反应一定能自发进行，A正确；
某过程有自发性是在一定条件下，如低温自发、高温自发，知道了某过程有
自发性之后，不能确定该过程是否一定会发生，反应的发生还与外界条件有
关，B错误；
非自发反应在一定条件下也能实现，电解就是非自发的氧化还原反应，反应
自发性与反应速率无关，自发反应的反应速率不一定快，如钢铁生锈等，
C错误；
，该反应正向气体体积增大，则 ，所
以该反应在高温条件才可以自发进行，D错误。
4.已知体系自由能变化。①②两个反应的与 的关
系如图所示，下列说法不正确的是( )
已知：和 随温度变化很小。
A.反应①的
B.反应②在 时能自发进行
C.在一定温度范围内，反应①②
均能自发进行
D.反应②的
√
[解析] ，随温度升高，反应①的 减小，反应②的增大，
则反应①的，反应②的 ，A正确；
，反应能自发进行，反应②在时 ，能自发
进行，B正确；
由图可知，在一定温度范围内，反应
①②的 均存在小于0的情况，故均
能自发进行，C正确；
由A分析可知反应②的，由图可
知，反应②在低温时能自发进行，则
该反应 ，D错误。
5.正确判断反应自发进行的方向对于生产实践具有重要的意义。回答
下列问题：
(1)用钌的配合物作催化剂，在一定条件下可直接光催化分解 ，
发生反应。该反应的___(填“ ”“ ”
或“”，下同)0， ___0，在低温下，该反应______(填“能”或“不能”)
自发进行。
不能
[解析] 该反应为吸热反应，反应后气体的化学计量数之和增加，所以
,，故低温下 ，反应不能自发进行。
(2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的 会破坏臭氧层。科学家
正在研究利用催化技术将尾气中的和转变成和 ，反应的
方程式为 。反应在常温下能够
自发进行，则反应的___(填“ ”“ ”或“ ”)0。
[解析] 因为，且常温下，故 。
(3)某吸热反应能自发进行，则该反应的___(填“ ”或“ ”)0。
[解析] 吸热反应能自发进行，即,，又知 ，
故 。
1.下列有关说法不正确的是( )
A.某吸热反应能自发进行，则该反应是熵增的反应
B. 在常温下能自发进行，则该反应的
C.与 的反应是熵增的放热反应，则该反应能自发进行
D.丙烯， 丙烯腈，
,则该反应在热力学上趋势很大
√
[解析] 反应自发进行的判断依据为， 的反应能够自发
进行时， 必须大于0，A正确；
反应的 ，在常温下能自发进行，则
，该反应的才能成立，B不正确；
与水的反应为固体与液体反应生成气体，该反应为熵增反应，即 ，
反应中钠熔化为小球，说明反应放出大量的热，即 ，则
，故该反应能自发进行，C正确；
由方程式可知该反应为放热反应，且为熵增反应，则该反应在热力学上趋
势很大，D正确。
2.［2024·福建福州高二期中］下列对于化学反应方向的说法正确的
是( )
A.一定温度下，反应的，
B.反应 ，则该反应在低温下能自
发进行
C.常温下反应 能自发进行，则
D.反应 在一定条件下能自发进
行，则该反应的
√
[解析] 该反应的，属于分解反应，是吸热反应， ，A
错误；
该反应的， ，在高温下能自发进行，B错误；
该反应的，由 时反应可自发进行知，
，C正确；
该反应的，由 时反应可自发进行知，
，D错误。
3.一定温度和压强下，在催化剂作用下可发生
反应： 。该反应
的自由能与温度 的关系如图所示。已
知：分压 总压×物质的量分数，浓度平衡常
数用 表示。下列说法正确的是( )
A.增大的浓度，和 均增大
B.加入更多的固体酸催化剂，有利于提高甲
醇的平衡产率
C.由图像可知该反应的
D.当反应达到平衡状态时，体系的总压强为 ，
其中、 、的物质的量均
为 ，则用分压表示的平衡常数为
√
[解析] 增大的浓度， 增大，温度不变， 不变，A错误；
加入催化剂不影响平衡移动，不会提高甲醇的平衡产率，B错误；
该反应的，低温下，该反应 ，则 ，C正确；
当反应达到平衡状态时，体系的总压强为，其中、、 的
物质的量均为，则
，
，D错误。
练习册
学习任务 化学反应的方向
1.化学与生活息息相关。下列不属于自发进行的变化是( )
A.墨汁加到清水中使整杯水变黑 B.水在 以下结为冰
C.常温下，石灰石转化为生石灰 D.铁器在潮湿的空气中生锈
√
[解析] 墨汁浓度大于水，微粒向浓度低的方向分散是自发进行的物理变化，
A不符合题意；
水的凝固点为 ，水在常温下是液体，水在 以下结为冰，是自发进行
的物理变化，B不符合题意；
学习任务 化学反应的方向
1.化学与生活息息相关。下列不属于自发进行的变化是( )
A.墨汁加到清水中使整杯水变黑 B.水在 以下结为冰
C.常温下，石灰石转化为生石灰 D.铁器在潮湿的空气中生锈
√
石灰石转化为生石灰需要在高温条件下进行，常温下，该变化过程不是自
发进行的，C符合题意；
铁在潮湿的空气中生锈是自发进行的变化，D不符合题意。
2.［2024·天津河西区高二期中］下列几个过程中，属于熵减的变化是( )
A.干冰的升华 B. 固体溶于水
C. D.
[解析] 干冰的升华是固体变化为气体，熵增大，故A不符合；
固体溶于水生成氯离子和钠离子，混乱度增大，熵增大，故B不符合；
反应中气体分子数减小，熵减小，故C符合；
反应后生成气体，反应的熵增大，故D不符合。
√
3.［2024·辽宁沈阳高二期中］下列有关说法正确的是( )
A.反应 在室温下可自发进行，则该反
应的
B.强酸与强碱溶液中和反应的活化能很高，所以化学反应速率很大
C.恒温恒压下，且 的反应一定不能自发进行
D.在不同状态时的熵值：
√
[解析] 反应 在室温下可自发进行，则
，又因为该反应，则该反应的 ，A错误；
强酸与强碱溶液的中和反应在常温下即可迅速完成，说明强酸和强碱的中
和反应的活化能较小，B错误；
恒温恒压下， 且的反应，都有 ，则一定
可以自发进行，C错误；
相同物质的量的同种物质，气态熵值高于液态熵值，D正确。
4.［2024·福建福州高二期中］反应进行的方向是化学反应原理的三
个重要组成部分之一，下列说法中正确的是( )
A.， 的反应一定可以自发进行
B.、与人体血液中的血红蛋白 建立平衡：
， 中毒时应将中毒患者转移至高压氧舱
吸氧
C.可逆反应正向进行时，正反应具有自发性， 一定小于零
D.根据反应的自发性可以预测该反应发生的快慢
√
[解析] ，，根据 ，反应在高温下可以自
发进行，在低温下可能 大于0，此时反应非自发，A错误；
、 都能与血红蛋白结合，在人体血液中的血红蛋白建立平衡：
， 中毒时应将中毒患者转移至高压氧舱吸氧，
提高氧气浓度促使平衡逆向移动，减缓中毒症状，B正确；
吸热的熵增可逆反应，在一定条件下也能自发进行，C错误；
根据反应的自发性可以预测该反应能否发生，但是不能判断反应发生的快
慢，D错误。
5.［2024·北京昌平区高二期中］对于常温下发生的反应：
， ，下列说法
正确的是( )
A.该反应是放热、熵增的反应
B.由于反应需要“点燃”条件，因此可推断该反应在该条件下不是自发反应
C.可根据计算 是否小于0，判断常温下该反应是否自发反应
D.该反应中的“点燃”条件，使反应从非自发反应变成自发反应，因此可以
看到产生水珠的现象
√
[解析] 该反应 ，是放热反应，气体分子数减小，是熵减反应，
A错误；
反应是否自发只与自由能 是否小于0有关，与反应条件是否需要“点燃”
无关，B错误；
时反应能自发进行，则可根据计算 是否小于0，
判断常温下该反应是否自发反应，C正确；
因为该反应、 ，则该反应低温自发，与是否点燃无关，D错误。
6.［2024·浙江杭州高二模拟］氧元素是在自然界中分布最广的元素，氧气
在生产生活中有广泛的应用。随温度升高时的熵 的变化如图所
示，下列说法不正确的是( )
A.由图可知， 的熵值不是
定值
B.物质的熵值与物质的组成、状态、
温度等因素有关
C.熵值由
的过程： 由液态转化为气态
D.相同温度和压强下，、、 的熵值依次减小
√
[解析] 由图知， 的熵值随温度的升高而增大，则
的熵值不是定值，A正确；
其他条件相同时，混合物的熵值大于纯净物，当物质的组成和物质的量
相同时，熵值大小关系为气态 液态
固体，当物质的组成、物质的量
和状态相同时，温度越高，熵值越大，
即物质的熵值与物质的组成、状态、
温度等因素有关，B正确；
同一种物质，其熵值大小关系为气态 液态 固体，图像中出现的熵值有 、
的两个突变，是氧气状态的改变导致的，其中熵值由
是氧气由液态变为气态的过程，C正确；
在同温同压下，物质的熵值的大小和其
物质的量成正比，而由于三者的物质的
量大小关系未知，故其熵值大小无法
比较，D错误。
7.已知自由能 时，反应自发进行。将水蒸气通过
红热的炭即可产生水煤气。反应为
，
(假设、 随温度变化忽略不计)。下
列说法正确的是( )
A.常温下不能自发进行 B.常温下能自发进行
C. 下能自发进行 D.任何温度下都不能自发进行
√
[解析] 常温下，已知该反应的 ，
，
，常温下不能自发进行，A正确，B错误；
下，， ，
所以 时不能自发进行，C错误；
，即 时能自发进行，D错误。
8.［2024·辽宁大连高二期中］汽车尾气(含烃类、、与 等)的治理
办法之一是在汽车排气管上装上催化转化器，反应原理：
，在、 下，、
。下列说法错误的是( )
A.由于反应需要借助催化转化器，因此可推断该反应在常温下不是自发反应
B.可根据计算 是否小于0，判断常温下该反应是否是自发反应
C.由可知，当有 被消耗时反应放出
的热量
D.该反应是熵减的反应
√
[解析] 催化剂只能改变反应速率，而不能改变反应的方向，故不能由反应
需要借助催化转化器，推断该反应在常温下不是自发反应，A错误；
可根据反应方向的综合判据即自由能 是否小于0判断常温下该反应是否
是自发反应，B正确；
由 知，当有
被消耗时反应放出 的热量，C正确；
由题干信息知，该反应的 ，即该反应是熵减
的反应，D正确。
9.甲烷、水蒸气重整过程的反应体系复杂，主要发生的反应如下：
甲烷、水蒸气重整反应Ⅰ：
水汽反应Ⅱ：
甲烷、水蒸气直接重整反应Ⅲ：
甲烷水蒸气重整过程中 随温度变化趋势如图所示。下列说法错误
的是( )
A.反应Ⅱ的热化学方程式为
B.在 时，水汽反应能自发进行，甲烷、水蒸气重整反应和甲烷、水
蒸气直接重整反应不能自发进行
C.甲烷、水蒸气重整反应和甲烷、水蒸气直接
重整反应的 均大于0
D.加压和升温均有利于提高甲烷、水蒸气重整
反应的速率和提高甲烷的平衡转化率
√
反应Ⅰ：
反应Ⅲ：
[解析] 根据盖斯定律知，反应Ⅱ 反应Ⅲ-反应Ⅰ，则反应Ⅱ的热化学方程式为
，A正确；
由图知时，水汽反应的 ，
反应可自发进行，甲烷、水蒸气重整
反应和甲烷、水蒸气直接重整反应的
，反应不能自发进行，B正确；
甲烷、水蒸气重整反应Ⅰ：
水汽反应Ⅱ：
甲烷、水蒸气直接重整反应Ⅲ：
甲烷、水蒸气重整反应和甲烷、水蒸气直接重整反应均为气体分子数增大
的反应， 均大于0，C正确；
加压和升温均能提高甲烷、水蒸气重整反应的速率，加压会使平衡逆向移
动，使甲烷的平衡转化率降低，D错误。
甲烷、水蒸气重整反应Ⅰ：
水汽反应Ⅱ：
甲烷、水蒸气直接重整反应Ⅲ：
10.［2024·广东惠州高二期末］是一种新型硝化剂，在 温度
下可发生下列反应：。 温度
下的平衡常数为 。下列说法错误的是( )
A.该反应的
B.该反应在高温下可自发进行
C.温度下的平衡常数为，温度下的平衡常数为，若 ，
则
D.温度下，在体积为的恒温密闭容器中充入 ，
， ，此时反应将向正反应方向进行
√
[解析] 由热化学方程式知，该反应为气体分子数增加的反应即熵增
反应，则，A正确；
该反应， ，若可以自发进行，需 ，
则该反应在高温下可自发进行，B正确；
该反应为吸热反应，温度越高平衡常数越大，若，则 ，
C错误；
此刻浓度商， ，则此时反应将向
正反应方向进行，D正确。
11.［2024·辽宁沈阳二中高二月考］氮化硼 是重要的无机材料，
可通过如下两种反应制得。反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
已知反应Ⅰ常温下自发，反应Ⅱ常温下不自发，、 、熔点
分别约为、、 ，下列说法正确的是( )
A.反应Ⅰ的，
B.常温下反应Ⅰ的 ，因此化学反应速率快
C.性能优良的催化剂可使反应Ⅱ在常温下自发进行
D.由各物质熔点可推测在实际生产中反应Ⅰ所需的温度高于反应Ⅱ
√
[解析] 反应Ⅰ是气体分子数减小的熵减反应， 且常温下能自发，
则，故A错误；
常温下反应Ⅰ的 ，说明反应可以自发进行，但不能判断反应速率
的快慢，故B错误；
反应Ⅱ在常温下不能自发进行，催化剂不能使不能自发的反应变为自发
的反应，故C错误；
结合反应Ⅰ、反应Ⅱ及各物质的熔点可推测在实际生产中反应Ⅰ所需的
温度高于反应Ⅱ，故D正确。
Ⅰ：
Ⅱ：
12.工业上，采用碳氯化法制备 。已知：
在氯化过程中和 可以相互转化，如图所
示。下列说法正确的是( )
A.增大 的量，能提高反应①的反应速率
B.反应①的
C.反应①只有在高温下才能自发进行
D.由图可知，转化为的
√
[解析] 是固体，增大反应物与 的接触面积，能提高反应速率，而
增大 的量，不能提高反应速率，A项错误；
根据盖斯定律，反应反应 反应①，
，B项正确；
反应①是熵增、放热反应，在任何温度下都能
自发进行，C项错误；
由图可知，升高温度，的物质的量增大， 的
物质的量减小，说明转化成的反应是吸热反应， ，D项错误。
13.(9分)已知在、 时石灰石的分解反应为
，(假
设和 不随温度变化而变化)。回答下列问题：
(1)(3分)在、 时该反应______(填“能”或“不能”)自发
进行。
不能
[解析] ，所以该反应在
、 时不能自发进行。
已知在、 时石灰石的分解反应为
，
(假设和 不随温度变化而变化)。
(2)(3分)根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。
能
[解析] 因为该反应的、，根据 可知，
在温度较高时， 可能小于0。
已知在、 时石灰石的分解反应为
，
(假设和 不随温度变化而变化)。
(3)(3分)若温度能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度是
__________(保留一位小数)。
[解析] 根据 时，反应能自发进行可知，该反应
自发进行的最低温度 。
快速核答案
新课探究
学习任务 化学反应的方向
【课前自主预习】
1.方向性 不能自发进行 2.（1） （2） （3）自发
3.（1）混乱程度 （2）越大 （3）① ③
4.反应产物的总熵 反应物的总熵 5.（1）增加 减小 （2）熵变
［问题思考］
（1）提示：、的反应在高温时能自发进行，低温时
不能自发进行。 （2）提示：若A、B、C都是气体，该反应是熵减
的反应，而且该反应任何温度都不能自发进行，那么该反应是吸热
反应。
【知识迁移应用】
例1 B 例2 D
课堂评价
1.（1）× （2）× （3）× （4）√ （5）√
2.D 3.A 4.D 5.（1） 不能 （2） （3）
练习册
1.C 2.C 3.D 4.B 5.C 6.D
7.A 8.A 9.D 10.C 11.D 12.B
13.（1）不能 （2）能 （3）
