化学反应的方向 -新高二化学暑假自学课（人教版）

第05讲化学反应的方向

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、一.・

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1.证据推理与模型认知：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。

2.科学态度与社会责任：根据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。

、自发过程和自发反应

自发过程自发反应

在一定条件下，不用借助外力，就能自发在给定的条件下，可以自发进行

含义

进行的过程到显著程度的化学反应

具有方向性，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

特征

该条件下肯定不能自发进行

举例高山流水，自由落体，冰雪融化钢铁生锈

(1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设廿-成原电池。

应用

(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02

二、化学反应进行方向的判据

1.焰变与反应的方向

(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，科学家提出用焰变(能量变化)

来判断反应进行的方向，这就是焰判据(能量判据)。

(2)焰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。例如燃烧反应、中和反应等。

②有些吸热反应也可以自发进行，如：

2N2O5(g)—4NO2(g)+O2(g)A//=+109.8kJmorL

结论：只用焰判据判断反应是否自发不全面。

2.赠变与反应的方向

(1)嫡、赠变的概念

,__,产定义衡量体系混乱程度的物理量

®—定义」.圭二

谓变|—＞生成物与反应物嫡值之差，符号为AS

⑵嫡值大小

①体系的燧值：体系的混乱程度越大，体系的幅值就越大。

②同一物质的燧值：S(g)>S(l)>S(s),同一条件下，不同物质的嫡值不同。

(3)燧判据：体系有自发地向混乱度增加(即蜡增)的方向转变的倾向，因此可用焙变来判断反

应进行的方向。

(4)焙变与化学反应进行方向的关系

①许多燧增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应)，如

2KClO3====2KCl+3O2t；

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2T等。

②有些嫡减的反应也可以自发进行，如：

Ca(OH)2(aq)+CO2(g)=CaCO3(s)+H2O(1)=

结论：只用嫡判据判断反应是否自发不全面。

3.自由能与化学反应的方向

(1)自由能变化

符号为AG,单位为kJ-mo「i。

(2)自由能变化与焰变、燧变的关系：NG=NH—TNS。AG不仅与焰变有关，还与温度有关。

(3)反应方向与自由能的关系

化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。

①当AG<0时，反应能自发进行；

②当AG=0时，反应处于平衡状态；

③当AG>0时，反应不能自发进行。

4.判断化学反应自发性的方法

焙变(AM焙变(AS)反应在某状况下能否自发进行

<0>0能自发进行

>0<0不能自发进行

<0<0取决于温度，低温自发

>0>0取决于温度，高温自发

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考点一自发过程和自发反应

例1.下列关于反应自发性的说法正确的是

A.AH<0>△$>()的反应，有利于自发进行

B.化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应

C.凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的

D.自发反应在任何条件下都能自动进行，现象明显

【答案】A

【解析】A.AH<0,AS>0,所有温度下△H-T^S<0,反应自发进行，选项A正确；B.大

多数化合反应是放热反应，如C+C02晅强2co是吸热反应，大多数分解反应是吸热反应,

尿素分解是放热反应，选项B错误；C.不能单独用焰判据或嫡判据判断反应的自发性，所

以吸热反应不一定是非自发反应，端增大的反应不一定是自发反应，选项C错误；D.自发

反应是在一定条件下进行的，选项D错误。答案选A。

考点二婚变和埔变与反应进行方向的判断

例2.下列说法正确的是()

A.在温度、压强一定的条件下，焰因素和燧因素共同决定一个化学反应的方向

B.温度、压强一定时，嫡增加的反应一定能自发进行

C.反应燧变是决定反应能否自发进行的唯一因素

D.固体的溶解过程只与焰变有关

【答案】A

【解析】AH-TA5<0时反应能自发进行，所以在一定温度和压强下，焰变和牖变共同影响

化学反应的方向，A正确；反应能否自发进行需根据赠变和焰变共同决定，单凭一个条件无

法确定，B错误；焰变不是决定反应能否自发进行的唯一依据，需要和燧变共同决定，C错

误；固体的溶解过程体系的混乱度增大，是燧增过程，D错误；故选A。

考点三自由能(复合判据)与反应进行方向的判断

例3.已知：AG=AH-TAS,当AGO,反应正向能自发进行，AG>0反应正向不能自发进行。

生产合成气的反应：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)在高温时才能正向自发进行。下列对该反

应过程的AH、AS判断正确的是

A.AH>0,AS<0B.AH<0.AS<0

C.AH>0,AS>0D.AH<0,AS>0

【答案】C

【解析】根据反应方程式，该反应是气体体积增加，混乱度增大，BPAS>0,该反应高温下

能正向自发进行，根据AG=AH-TAS<0可自发进行分析，推出AH>0,故答案为C；故选C。

考点四由浓度商和平衡常数判断平衡状态或反应进行的方向

例4.对于CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g),某温度下平衡常数K为1,向一密闭容器内同

时通入CO(g)、H20(g)>CO2(g)>H2(g)各Imol,在该温度下建立平衡时，CO的物质的量

()

A.大于1molB.小于1mol

C.等于1molD.无法确定

【答案】C

【解析】由于CO(g)+H2O(g)0cC>2(g)+H2(g)反应前与反应后气态物质的化学计量数之和

相等，故可使用各物质的物质的量代替物质的量浓度进行计算。由于。=K,说明一开始就

建立了平衡。

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1.水凝结成冰中，其焰变和端变正确的是

A.AH>0AS<0B.AH<0AS>0

C.AH>0AS>0D.AH<0AS<0

【答案】D

【解析】水凝结成冰的过程放热，△H<0,体现混乱程度减弱，端减小，△$<(),故选D。

2.下列不属于自发进行的变化是

A.红墨水加到清水使整杯水变红B.冰在室温下融化成水

C.电解饱和食盐水D.铁器在潮湿的空气中生锈

【答案】C

【解析】扩散现象，是燃增加的自发过程，A不符合题意；冰的熔点为HC,水常温是液体,

冰在室温下融化成水，是焙增加的自发过程，B不符合题意；电解饱和食盐水，是在外电场

的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发过程，C符合题意；铁在潮湿的空气中生锈是

发生了自发的氧化还原反应，属于电化学腐蚀，是自发进行的化学过程，D不符合题意；故

选C。

3.下列说法正确的是

A.自发反应是指不需要条件就能发生的反应

B.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程

C.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

D.常温下，反应C(s)+CO2(g)=2co(g)不能自发进行，则该反应的△方>0

【答案】D

【解析】自发反应是指在一定温度和压强下，不需要外界帮助即可发生的化学反应，故A

错误；非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，如碳酸钙受热分解的反应是赠增的吸热

反应，属于在高温下进行的非自发过程，故B错误；使用催化剂只能降低反应的活化能，

加快反应速率，但不能改变化学反应进行的方向，故C错误；碳与二氧化碳生成一氧化碳

的反应是嫡增的反应，由常温下该反应不能自发进行可知，反应AH—7AS>0,则该反应的

焰变故D正确；故选D。

4.下列说法不正确的是

A.反应NH3(g)+HCl(g)=NH,Cl(s)在低温下能自发进行，说明该反应的AH<0

B.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

C.反应的限度越大，说明平衡时产物所占比例越高

D.若温度改变，则可逆反应的平衡常数一定改变

【答案】B

【解析】反应NH3(g)+HCl(g)=NHQ(s)在低温下能自发进行，且是燧减的反应，由

△G=AH-TAS知，该反应的△“<(),A正确；自发反应和非自发反应都是从热力学角度来考

量的，其没有考虑动力学的影响。非自发进行的反应在一定的条件下可以自发进行，反应的

自发性和反应进行的速率快慢之间没有必然联系，能自发进行的反应不一定能迅速发生反

应，B错误；化学平衡常数是化学反应限度的一个重要参数，该常数表示的意义是可逆反应

进行的程度，反应的限度越大，K值越大，说明平衡时产物所占比例越高，C正确；平衡常

数与温度有关，若温度改变，则可逆反应的平衡常数一定改变，D正确；故选B。

5.下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是

A.ImolHzO在不同状态时的燧值：S(s)<S(g)

B.自发反应的燧一定增大，非自发反应的燧一定减小

C.某些非自发的反应可以通过改变条件使其成为自发反应

D.反应NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)AH=+185.57kJ-moL在高温下能自发

【答案】B

【解析】一般来说，相同量的同一物质，气态焙〉液态燧>固态嫡，即ImolH2O在不同状态

时的燧值：S(s)<S(g),故A正确；自发反应的燧不一定增大，比如在低温下能自发反应的

放热反应的牖可能是嫡减的反应，故B错误；某些非自发的反应比如AS>0,AH>0,在低

温是非自发，可以通过改变条件即在高温下能自发反应，故C正确；反应

1

NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)AH=+185.57kj-mol-即AS>0,AH>0,根据AG=

AH-TAS,在高温下能自发反应，故D正确。综上所述，答案为B。

6.已知反应2co能)=2小)+02能)的3>0,AS<0,下列正确的是

A.低温下能自发进行B.高温下能自发进行

C.任何温度下都不能自发进行D.任何温度下都能自发进行

【答案】C

[1SIS2CO(g)=2C(s)+O2(g)AH>0,AS<0,因为T>0,贝AG=AH-7AS一定

大于0,即反应在任何温度下都不能自发进行，C项符合题意。故选C。

7.针对反应2co(g)=2C(s)+C)2(g)，下列说法正确的是

A.低温下能自发进行B.高温下能自发进行

C.任何温度下都不能自发进行D.任何温度下都能自发进行

【答案】c

【解析】C燃烧生成CO为放热反应，则反应2co(g)=2C(s)+O2(g)为吸热反应，AH>0,

且该反应为端减反应，AS<0,则AH-TAS>0,即在任何温度下都不能自发进行，故选C。

8.干冰升华过程中，其焰变和赠变正确的是

A.AH>0,AS>0B.AH>0,AS<0C.AH<0,AS>0D.AH<0,AS<0

【答案】A

【解析】干冰升华过程中，物质由固态变为气态，体系的混乱度增大，属于焙增的过程，

AS>0；干冰升华过程中，物质由固态变为气态，为吸热过程，AH>0,故A正确；

故选Ao

9.在恒容密闭容器中进行反应：C(s)+CO2(g)U2co(g)AH>0o下列说法不正确的是

A.AS>0

B.反应在高温下能自发进行

C.当混合气体的密度不再变化时，反应一定达到平衡状态

D.容器内气体浓度c(C02)：c(CO)=l：2时，反应一定达到平衡状态

【答案】D

【解析】气体分子总数增加，则ASX),A正确；由于该反应是吸热反应，其△$>(),根据

△H-TAS<0,该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B正确；随着正反

应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到平

衡状态，C正确；因为各成分的量取决于起始的投料，容器内气体浓度c(CO2)：c(CO)=l：2

时，难以体现逆反应速率和正反应速率相等、也难以确定各成分的量是否不再变化，故反应

不一定达到平衡状态，D不正确；答案选D。

10.常压下，1g冰熔化成1g水、1g水蒸发成1g水蒸气的焰和嫡的变化情况如图所示。

1g水蒸气

己知：熔化过程：H2o(s)H2O(1)AS]

蒸发过程：H2O(l)^H2O(g)A&AS2

下列说法不正理的是

A.AH,>0；AH2>0B.AS]>0；AS?>0

C.AI>A邑D.蒸发过程属于高温自发过程

【答案】C

【解析】水由固态转化为液态吸收能量，熔化过程为吸热过程，则△区>0,蒸发过程为吸

热过程，则外>0,A正确；同种物质不同状态的混乱度：g>l>s,混乱度越大嫡变值越大，

贝I]>0,△邑>0，B正确；蒸发过程燧变值更大，即△邑>AS]，C错误；蒸发过程混>0,

A52>0,根据自发进行的判据：NG=NH-TNS2<Q,该反应需要高温条件自发进行，D正

确；故选C。

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11.下列说法中错误的是

A.2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSC»4(s)+2CO2(g)在低温下能自发进行，则该反应的△〃<()

B.加入合适的催化剂能降低反应活化能，从而改变反应的焰变

C.若△〃<(),AS>0,化学反应在任何温度下都能自发进行

D.NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△〃>()

【答案】B

【解析】只要确定反应△G=4〃-TZkS<0反应就可以自发进行，反应中△$<(),又因为条件

是低温，所以△〃<(),故A正确；加入催化剂只能改变活化能，改变反应需要的时间，不

能改变焰变，故B错误；若△〃<(),△S>0,则△G<0,所有化学反应在任何温度下都能自

发进行，故C正确；由题意可知，反应过程中△$>(),所以根据公式，若室温下不能自发

进行，说明该反应的△»>(),故D正确；答案为B。

12.一定温度和压强下，当△!1—TZiS<0时，反应能自发进行。下列反应△H>0,AS>0

的是()

A.HCl(g)+NH3(g)=NH4Cl(s)

B.IWJ温下能自发进行的反应：2N2O5(g)=4NO2(g)+C)2(g)

C.2H2(g)+O2(g尸2H20(1)

D.任何温度下均能自发进行的反应：COCl2(g)=CO(g)+C12(g)

【答案】B

【解析】根据象限图，第一象限是高温下能自发进行即△H>0,AS>0,第二象限是任意

条件下自发进行即△H<0,AS>0,第三象限是低温下能自发进行即△H<0,AS<0,第

四象限任意条件下都不能自发进行即△H<0,AS<OoHCl(g)+NH3(g)=NH4Cl(s),该反应是

化合反应，气体物质的量减小的反应，即△：«<(),AS<0,故A不符合题意；

2N2O5（g尸4NC）2（g）+O2（g）是燧增反应即△5>（）,该反应在高温下能自发进行的反应，则△!!

-TAS<0,说明△：»>（）,故B符合题意；2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）是放热的、嫡减的反应即

△H<0,AS<0,故C不符合题意；任何温度下均能自发进行的反应：

COC12（g）=CO（g）+Cl2（g）,则△!!<（）,AS>0,故D不符合题意。综上所述，答案为B。

13.在298K和lOOkPa压力下，已知金刚石和石墨的燧、燃烧热和密度分别为：

物质S(Jk-'mol-1)△77(kJ-mol-1)p(kg-m-3)

C（石墨）5.7-393.512260

C（金刚石）2.4-395.403513

此条件下，对于反应C（石墨）-C（金刚石），下列说法正确的是

A.该反应的△〃<（）,AS<0

B.金刚石比石墨稳定

C.由公式AG=4"TAS可知，该反应在任何条件下都能自发进行

D.超高压条件下，石墨有可能变为金刚石

【答案】D

【分析】由题意可知，①C（石墨）+Ch（g尸CCh（g）△"=-393.51kJ-mol"；

②C（金刚石）+O2（g）=CO2（g）△Z/=-395.40kJ-mol1。

【解析】利用盖斯定律，将反应①-②得，C（石墨）一C（金刚石）△由-393.51

kJ-mor1-（-395.40kJ-mor1）=1.89kJmol1>0,AS=2.4Jk'-mol'-S.?J-k1mor1=-3.3J-k'-mol1

<0,A不正确；物质具有的能量越低，该物质越稳定，反应C（石墨）-C（金刚石）△»>（）,

属于吸热反应，石墨的能量较低，则石墨比金刚石稳定，B不正确；AG=A//-TAS=1.89

kJmol-1-298Kx（-3.3J-k-1-mol-1）xl0-3kJ/J=2.8734kJmor1，则该反应在通常下不能自发进行，

C不正确；金刚石的密度比石墨大，质量相同时，金刚石的体积小，则反应C（石墨）-C（金

刚石）是体积减小的反应，由影响相变速率的因素可知，随着体积差的增大，增大压强，成

核速率加快，有利于相变向密度大的多面体方向转变，故超高压条件下，石墨有可能变为金

刚石，D正确；故选D。

14.对于反应2SO2（g）+C>2（g）=2SO3（g）A27=-196.6kJmorIo下列说法正确的是

A.反应的AS>0

B.其他条件不变，升高体系的温度，该反应的平衡常数K增大

C.保持其他条件不变，增大02浓度能提高SO2的反应速率和转化率

D.使用催化剂能改变反应途径，降低反应的婚变

【答案】c

【解析】该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以反应的ASVO,A错误；该反应的正

反应是放热反应，在其它条件不变时，升高体系的温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动,

导致该反应的平衡常数K减小，B错误；02是反应物，在保持其他条件不变时，增大反应

物02浓度，能提高反应物S02的反应速率，同时化学平衡正向移动，导致S02的平衡转化

率提高，C正确；使用催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但不能改变反应物、

生成物的能量，因此不能降低反应的焰变，D错误；故选C。

15.关于恒容密闭容器中进行的反应C（s）+CC）2（g）02co（g）AH>0,下列说法不正确的

是

A.AS>0

B.在低温下能自发进行

C.当混合气体的密度不再变化时，反应达到平衡状态

D.单位时间内生成ImolCO?的同时生成2moicO,说明反应达到平衡状态

【答案】B

【解析】气体分子总数增加，则AS>0,A正确；由于该反应是吸热反应，所以其△$>（）,

根据△!!—TZ\S<0,该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B不正确；随

着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应

达到平衡状态，C正确；单位时间内生成ImolCO2的同时生成2moic0,即逆反应速率和

正反应速率相等，说明反应达到平衡状态，D正确；答案选B。

16.下列说法正确的是

A.常温下反应2K。）+2压0（1尸2KOH（aq）+H2（g）可自发进行，则该反应为吸热反应

B.反应SO3（g）+H2O（l尸H2s04⑴的△H〉。

C.所有自发过程都将导致体系的女商值增大

D.已知2H2（g）+0（g尸2H20（1）为自发反应，可通过焰判据来解释该反应能自发进行

【答案】D

【解析】常温下反应2K⑸+2法0⑴=2KOH（叫）+H2（g）反应为燧增的反应，根据AH-TAS<0反

应可自发进行，不能判断该反应为吸热反应，实际活泼金属和水的反应为放热反应，故A

错误；反应SO3（g）+H2O（l）=H2so4（1）的反应为放热反应，焰变小于零，故B错误；AH-TAS<0

反应可自发进行，部分自发反应也可以是嫡减反应，故C错误；已知2H2（g）+O（g）=2H2O（l）

为自发反应，反应为嫡减反应，则反应自发焰变起主要作用，可通过焰判据来解释该反应能

自发进行，故D正确；故选D。

17.在容积不变的密闭容器中，一定量的S02与02发生反应：2so2（g）+O2（g）02so3（g）。温

度分别为tl和t2时，SO3的体积分数随时间的变化如图所示，下列关系不正确的是

SC>3的体积分数

o时间

A.ti<t2B.AS<0C.AH>0D.KI>K2

【答案】C

【解析】根据“先拐先平”者大，从图像中可以看出t2先达到平衡，所以温度t2>tl,A正确；

该正反应的气体分子数减小，则体系的混乱度减小，即AS<0,B正确随着温度的升高，达

平衡时SO3的体积分数降低，所以随着温度升高反应向逆反应方向移动，所以正反应为放热

反应，故AHVO,C错误；因为反应为放热反应，温度越高，平衡逆向进行，K值减小，KI>K2,

D正确；故选C。

18.向某密闭容器中充入一定量的A(g)、B(g)混合气体，一定条件下发生反应：

aA(g)+bB(g)UcC(g)+dD(g)AH,平衡时C的物质的量分数与温度、压强的关系如图

所示。下列说法正确的是

[C的物质的量分数

30045060077℃

A.该反应的AH<0B.该反应为熔减反应，AS<0

C.该反应一定能自发进行D.增大压强，该反应的平衡常数增大

【答案】B

【解析】由图可知，在同一压强下，升高温度，C的物质的量分数增大，平衡正向移动，而

升高温度，平衡向吸热的方向进行，说明正反应为吸热反应，AH〉。，A错误；作一条垂直

于横坐标的直线可以看出，在同一温度下，增大压强，C的物质的量分数增大，平衡正向移

动，而增大压强，平衡向着体积减小的方向移动，则a+b>c+d,该反应为燧减反应，AS<0,

B正确；由选项A和B的分析知，AH>0>AS<0,则A”-7A5>0,反应不能自发进行，

C错误；平衡常数只受温度的影响，温度不变，该反应的平衡常数不变，D错误；故选B。

19.下列关于化学反应的方向叙述中不正确的是

A.2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)=2CaSO4(s)+2CO2(g)该反应AS<0

2

c(H2)

B.反应2H2S(g)=2H2