人教版高中化学选择性必修1第二章化学反应速率与化学平衡第三节化学反应的方向课件

(共43张PPT)
[学习目标]
1.知道化学反应是有方向的，能结合具体事例说明化学反应自发进行的方向。
2.知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
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。例如高山流水、自由落体。
(2)特点
①体系趋向于从_____状态转变为_____状态(体系对外部做功或释放热量)。
②在密闭条件下，体系有从_____自发转变为_____的倾向(无序体系更加稳定)。
(3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。
高能
低能
有序
无序
2.自发反应
(1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。
(2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。
3.应用
(1)自发反应可被用来做“有用功”。例如H2的燃烧可设计成燃料电池。
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为H2和O2。
[自我思考]
提示　自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。
(2)非自发反应一定不能发生吗？
提示　非自发反应在一定条件下能发生。
1.下列过程是非自发的是(　　)
A.水由高处向低处流
B.氯气和溴化钾溶液的反应
C.铁在潮湿空气中生锈
D.室温下水结成冰
解析　A.水由高处向低处流，是自发进行的过程；B.氯气的氧化性比溴强，氯气能够与溴化钾溶液发生置换反应，属于自发进行的反应；C.铁生锈为自发进行的氧化还原反应；D.室温下水结成冰不是自发进行的过程。
D
2.下列反应或过程没有自发性的是(　　)
A.高温下，煅烧石灰石
B.常温下，水分解成氢气与氧气
C.双氧水在MnO2催化作用下分解
D.常温下，冰融化为水
解析　煅烧石灰石的反应是一个熵增、焓增的反应，高温下可自发进行，A不符合题意；水分解成氢气与氧气的反应不能自发进行，需在外接电源的作用下电解，B项符合题意；双氧水在MnO2催化作用下自发分解，C不符合题意；常温下，冰融化为水为自发过程，D不符合题意。
B
3.下列关于自发过程的叙述正确的是(　　)
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
解析　在一定条件下，不用借助外力即可自动进行的过程为自发过程，所以自发过程也需要特定的条件，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，可以使某些非自发过程转变为自发过程，D项错误。
C
1.化学反应方向与焓变的关系
放热
大多数 反应可以自发进行，但有些 反应也能自发进行，因此，不能只根据放热或吸热来判断化学反应的方向。
吸热
2.化学反应方向与熵变的关系
(1)熵、熵变的概念
混乱
S
ΔS
(2)熵值大小
①体系的熵值：体系的 越大，体系的熵值就 。
②同一物质的熵值：S(g) S(l) S(s)，同一条件下，不同物质的熵值不同。
混乱度
越大
＞
＞
(3)自发反应与熵变的关系
化学反应 ΔS 能否自发进行
Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g) >0 能
2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g) >0 能
4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s) <0 能
大多数 的反应可以自发进行，但有些 的反应也能自发进行，因此，不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。
熵增
熵减
3.自由能(G)与化学反应的方向
(1)利用ΔG＝ΔH－TΔS判断化学反应的自发性
①当ΔG___0时，反应能自发进行；
②当ΔG___0时，反应处于平衡状态；
③当ΔG___0时，反应不能自发进行。
<
＝
>
类型 ΔH ΔS ΔG＝ΔH－TΔS 反应的自发性
1 <0 >0 ΔG<0 一定能自发
2 >0 <0 ΔG>0 一定不能自发
3 <0 <0 ΔG的正负
决定于温度 低温能自发
4 >0 >0 高温能自发
(2)应用局限：综合考虑焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向，但不能确定反应是否一定发生及发生的速率。
[自我思考]
在100 kPa、298 K时，石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0。
(1)常温下，该反应能否自发进行？
提示　根据中学所学化学知识可知，常温下石灰石分解反应不能自发进行。
(2)试分析，温度能否成为该反应进行方向的决定因素？
提示　能。该反应的ΔH>0、ΔS>0，高温条件下能使ΔG＝ΔH－TΔS<0，而常温条件下ΔG＝ΔH－TΔS>0，则该反应中温度能成为反应进行方向的决定因素。
[正误判断] (正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)吸热反应一定不能自发进行( )
(2)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应( )
(3)同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小( )
(4)体系越有序，熵值越小；体系越混乱，熵值越大( )
(5)与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小( )
×
√
√
√
×
1.下列自发进行的过程不能用焓变判断的是(　　)
A.铁在潮湿空气中生锈
B.天然气的燃烧
C.铜在潮湿空气中产生铜绿
D.NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应产生NH3
解析　铁在潮湿空气中能自发产生铁锈，能量降低，能用焓变判断；天然气燃烧生成CO2和水时放热，能量降低，能用焓变判断；铜在潮湿空气中能自发产生铜绿，能量降低，能用焓变判断；NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O反应是一个吸热的自发过程，不能用焓变判断。
D
2.(2025·河北张家口高二月考)中国诗词常蕴含着一些自然科学知识，“莫道雪融便无迹，雪融成水水成冰”这一诗句的有关说法正确的是(　　)
A.雪融成水的ΔH<0
B.雪融成水的ΔS<0
C.水成冰的ΔH>0
D.水成冰的ΔS<0
解析　雪融成水的过程中吸收热量，ΔH>0，A错误；雪融成水的过程中固体转化为液体，体系混乱度增大，ΔS>0，B错误；水成冰的过程中放出热量，ΔH<0，C错误；水成冰的过程中液体转化为固体，体系混乱度减小，ΔS<0，D正确。
D
3.(2025·贵州遵义高二月考)在工业生产中，对能够发生的化学反应，研究和选择合适的反应条件才有实际意义。恒温恒压下，下列过程一定不能自发进行的是(　　)
A.4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＜0
B.CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)　ΔH＜0
C.2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0
D.2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq)　ΔH＞0
解析　根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行。若ΔH＜0且ΔS＞0，则反应能自发进行；若ΔH＞0且ΔS＜0，则反应不能自发进行；若ΔH＞0且ΔS＞0，则反应在高温下自发进行；若ΔH＜0且ΔS＜0，则反应在低温下自发进行。
D
1.自发过程：在一定的条件下，不需要外力就可以自动进行的过程。在常温常压下，下列诗句反映的景象与自发过程不一致的是(　　)
A.云开雾散旭风暖 B.飞流直下三千尺
C.雪消门外千山绿 D.欲渡黄河冰塞川
解析　云散开后太阳光照射可使雾蒸发，不需要外力作用，是自发过程，A不选；水从势能高的地方向势能低的地方流下，不需要外力，是自发过程，B不选；春天到了温度升高，雪融化，是自发过程，C不选；想渡过被冰覆盖的黄河，需要借助外力，不是自发过程，D选。
D
2.下列反应的焓变和熵变与图示过程相符的是(　　)
A.2Na(g)＋Cl2(g)===2NaCl(s)
B.N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
C.2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)
D.Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)
C
解析　打开可乐瓶时产生大量气泡，在由溶液到逸出气体过程中，溶解是放热，则逸出是吸热，则ΔH＞0，气体增多，则ΔS＞0。2Na(g)＋Cl2(g)===2NaCl(s)，该反应是化合反应，ΔH＜0，气体减少，ΔS＜0，A不符合题意；N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，该反应是化合反应，ΔH＜0，气体减少，ΔS＜0，B不符合题意；2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)，该反应是分解反应，ΔH＞0，气体增多，ΔS＞0，C符合题意；Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)，该反应是放热反应，ΔH＜0，气体增多，ΔS＞0，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放热反应
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)：ΔS>0
解析　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，但不能独立作为反应是否自发的判据，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(l)＋2S(s)，故C错；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加反应，故D正确。
D
4.相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是(　　)
A.1 mol CH4(g)＜1 mol H2(g)
B.1 mol H2O(g)＜2 mol H2O(g)
C.1 mol H2O(s)＞1 mol H2O(l)
D.1 mol C(s，金刚石)＞1 mol C(s，石墨)
解析　熵的大小反映体系混乱的程度，粒子之间无规则排列的程度越大，熵越大。相同条件下，气体的物质的量相同时，原子越多的分子熵越大，故1 mol CH4(g)的熵大于1 mol H2(g)的熵，A错误；相同状态的同种物质，物质的量越大，熵越大，故1 mol H2O(g)的熵小于2 mol H2O(g)的熵，B正确；不同状态的同种物质的熵：气态>液态>固态，C错误；从金刚石和石墨的结构来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低，所以1 mol C(C，金刚石)<1 mol C(C，石墨)，D错误。
B
5.根据所学的知识和经验，判断下列变化在常温下的焓变、熵变及自发性，填写下表。
变化 ΔH ΔS 自发性
H2O(l)―→ H2O(g)
CaO(s)＋SO2(g)===CaSO3(s)
2Fe3+(aq)＋Cu(s)===2Fe2+(aq)＋Cu2+(aq)
NH4Cl(s)===HCl(g)＋NH3(g)
＞0
＞0
＞0
＞0
＞0
＜0
＜0
＜0
非自发
自发
非自发
自发
解析　先判断ΔH的“＋”“－”，再由S(g)＞S(l)＞S(s)判断ΔS的“＋”“－”，
最后根据常温(298 K)判断ΔG＝ΔH－TΔS的“＋”“－”。
1.研究化学反应进行的方向对于反应设计等具有重要意义，下列说法正确的是(　　)
A.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
B.SO2(g)＋2H2S(g)===3S(s)＋2H2O(l)，低温下能自发进行
C.电解水可以得到氢气和氧气，即常温下水的分解反应是自发反应
D.NH4NO3 溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程
解析　知道了某过程有自发性之后，不一定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，故A错误；SO2(g)＋2H2S(g)===3S(s)＋2H2O(l)，该反应是放热反应，ΔS减小的反应，因此在低温下能自发进行，故B正确；电解水可以得到氢气和氧气，该反应是吸热反应，熵增的反应，因此在高温下水的分解反应是自发反应，故C错误；NH4NO3溶于水吸热，说明其溶于水是自发过程，故D错误。
B
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2.(2025·湖南常德高二月考)25 ℃、1.01×105 Pa时，反应NaHCO3(s)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋31.4 kJ·mol-1能自发进行的原因是
(　　)
A.是吸热反应
B.是放热反应
C.是熵减反应
D.熵增效应>能量效应
解析　由所给的热化学方程式可知，该反应为熵增的吸热反应，其中熵增是该反应能自发进行的原因。
D
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3.(2025·河南信阳高二质检)下列过程是吸热，同时体系的混乱度增大的是(　　)
A.Fe(s)―→ Fe(g) B.2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)
C.CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s) D.NaOH(s)===Na＋(aq)＋OH－(aq)
解析　同种物质的熵值：气体＞液体＞固体，Fe(s) ―→ Fe(g)，物质由固体变化为气体，需要吸收热量，为熵增的过程，体系混乱度增大，A项符合题意；2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)，该反应为放热反应，反应前后气体的体积减小，为熵减的过程，体系混乱度减小，B项不符合题意；CaO(s)＋CO2(g)===CaCO3(s)，该反应为化合反应，是一个放热反应，C项不符合题意；氢氧化钠固体溶解属于放热过程，第一步电离过程为吸热过程，第二步形成水合离子的过程为放热过程，由于第二步放出的热量更多，所以氢氧化钠溶于水的过程为放热过程，形成离子的过程体系混乱度增大，D项不符合题意。
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4.碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发地分解产生NH3，下列说法正确的是(　　)
A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量
C.碳酸铵分解是吸热反应，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
解析　碳酸铵自发分解生成NH3和CO2，使体系的熵增大，故A正确；碳酸铵在室温下就能自发地分解，不需要外界给予能量，故B错误；有些吸热反应也可以自发进行，焓变不是影响反应是否自发的唯一因素，故C错误；部分碳酸盐比较稳定，不能自发分解，如碳酸钙，故D错误。
A
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5.反应CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol-1，|ΔG|＝17 kJ·mol-1，则下列说法正确的是(　　)
A.ΔH>0，ΔG<0 B.ΔH<0，ΔG>0
C.ΔH>0，ΔG>0 D.ΔH<0，ΔG<0
解析　该反应在某温度下自发进行，说明ΔG＝ΔH－TΔS＜0，根据化学方程式可知，该反应的ΔS＞0，如果ΔH＜0，则该反应在任何温度下都能自发进行，与题述不符，因此ΔH＞0。
A
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6.在图Ⅰ中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Ⅱ，两种气体分子立即都占有了两个容器。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(　　)
A.此过程是从混乱度小的状态向混乱度大的状态
变化的过程，即熵增的过程
B.此过程没有热量的吸收或放出
C.此过程是自发可逆的
D.此过程从有序到无序，混乱度增大
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C
解析　气体扩散过程是熵增的过程，A、D正确；由题述可知，该过程不伴随能量变化，B正确；两种气体混合后，不会再自发地分开，所以逆过程不能自发进行，C不正确。
7.(2025·辽宁锦州高二期中)二氟化氧(OF2，F显负价)与水反应的热化学方程式为OF2(g)＋H2O(g)===O2(g)＋2HF(g)　ΔH＝－312.7 kJ·mol-1，下列关于该反应的说法正确的是(　　)
A.正反应低温下才能自发进行
B.正反应高温下才能自发进行
C.正反应是熵增、焓减反应
D.1 mol OF2完全反应时转移4 mol电子
解析　由反应方程式可知，该反应为气体分子数增加的反应，故正反应为熵增、焓减的反应，根据ΔG判断，正反应在任何温度下都能自发进行，A、B错误，C正确；OF2中F显－1价，故O为＋2价，1 mol OF2完全反应时转移2 mol电子，D错误。
C
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8.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)；反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)，反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.反应②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0
B.983 K是两个反应主次趋势变化的转折点
C.L1对应反应①
D.当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主
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C
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解析　反应②生成物气体化学计量数系数之和小于反应物气体化学计量系数之和，所以ΔS＜0，则－TΔS＞0，根据ΔG＝ΔH－TΔS，因为能满足ΔG＜0，所以ΔH＜0，A正确；ΔG越小，说明它能够反应的趋势越大，983 K时两反应的ΔG相等，之后两反应的ΔG大小关系发生变化，则反应主次趋势发生变化，所以 983 K是反应趋势变化的转折点，B正确；反应①的ΔS>0，则－ΔS＜0，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，C错误；当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以以反应②为主，产物以CO2为主，D正确。
9.已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之亦然。
(1)已知2CO(g) CO2(g)＋C(s)，T＝980 K时ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于 980 K时，估计ΔH－TΔS________0(填“大于”“小于”或“等于”，下同)；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS________0。
(2)电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)＋4HF(g)===SiF4(g)＋2H2O(g)　ΔH(298.15 K)＝－94.0 kJ·mol-1，ΔS(298.15 K)＝－75.8 J·mol-1·K-1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度是___________。
(3)化学反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、100 kPa下，ΔH＝－113.0 kJ·mol-1，ΔS＝－145.3 J·mol-1·K-1，反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。
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小于
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能
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10.化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是(　　)
A.反应SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)的ΔS＞0
B.1 mol CO2在不同状态时的熵值：S[CO2(g)]＜S[CO2(s)]
C.反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0能否自发进行与温度有关
D.ΔH＜0且ΔS＞0的反应一定不能自发进行
C
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解析　反应SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(l)的气体分子数减少，则该反应的ΔS＜0，选项A错误；同一物质在固态时的熵值小于气态时的熵值，选项B错误；反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)的气体分子数增加，即ΔS＞0，又因为ΔH＞0，ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应能自发进行，因此该反应能否自发进行与温度有关，选项C正确；ΔH＜0且ΔS＞0的反应一定能自发进行，选项D错误。
11.下列对化学反应预测正确的是(　　)
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选项 化学反应方程式 已知条件 预测
A M(s)===X(g)＋Y(s) ΔH>0 它是非自发反应
B W(s)＋xG(g)===2Q(g) ΔH<0，自发反应 x可能等于1、2、3
C 4X(g)＋5Y(g)===4W(g)＋6G(g) 能自发反应 ΔH一定小于0
D 4M(s)＋N(g)＋2W(l)===4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0
B
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解析　反应中气体分子数增大，则ΔS＞0，又因ΔH＞0，则反应高温时能自发进行，A错误；反应ΔH＜0，且能自发进行，则可能ΔS＞0、ΔS＝0或ΔS＜0，反应中气体分子数可能增大、不变或减小，B正确；反应中气体分子数增大，ΔS＞0，且反应能自发，则ΔH＞0、ΔH＝0或ΔH＜0都有可能，C错误；反应中气体分子数减小，ΔS＜0，且常温自发，则必有ΔH＜0，D错误。
12.已知在不同温度下，甲烷隔绝空气有可能发生如下两个裂解反应：①CH4(g)―→ C(s)＋2H2(g)；②2CH4(g) ―→ C2H2(g)＋3H2(g)。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，查阅资料，得到如下热力学数据：
反应①的ΔH(298 K)＝＋74.848 kJ·mol-1；ΔS(298 K)＝＋80.674 J·mol-1·K-1；
反应②的ΔH(298 K)＝＋376.426 kJ·mol-1；ΔS(298 K)＝＋220.211 J·mol-1·K-1。
已知上述反应的焓变和熵变随温度变化很小。请回答下列问题：
(1)反应①在________(填“高温”或“低温”)下能自发进行。
(2)反应①能否自发进行是由________(填“焓变”或“熵变”)决定的。
(3)制取炭黑的允许温度范围是__________________。
(4)为了提高甲烷的炭化程度，下列温度最合适的是________(填字母)。
A.905.2 K B.927 K
C.1 273 K D.2 000 K
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高温
熵变
927.8～1 709.4 K
C
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解析　(1)由于用天然气制取炭黑的反应是吸热的熵增反应，只有在高温下才会有ΔG＝ΔH－TΔS＜0，所以反应①在高温下能自发进行。(2)因为反应①吸热，不利于反应的自发进行，而熵增有利于反应的自发进行，所以反应①能否自发进行是由熵变决定的。(3)天然气裂解为炭黑时，ΔG＝ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol-1－80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T＜0，得T＞927.8 K，即天然气裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。天然气裂解为乙炔时，ΔG＝ΔH－TΔS＝376.426 kJ·mol-1－220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T＜0，得T＞1 709.4 K，即温度高于1 709.4 K时，天然气会自发裂解为乙炔和氢气。所以要制取炭黑，需控制的温度范围是927.8～1 709.4 K。