2 3 化学反应进行的方向 暑假预习 高中化学人教版（2019）选择性必修1

2.3化学反应进行的方向知识图谱知识精讲一．自发过程与自发反应1．自发过程（1）含义：在一定条件下，不用借助于外力就可以自动进行的过程。（2）特点：A．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能量）。B．在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向，即熵增原理。2．自发过程与非自发过程自发过程自发过程非自发过程定义在一定条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程在一定条件下，需要借助光、电等外部力量才能发生的过程特点高能状态→低能状态低能状态→高能状态举例水由高处流向低处；热由高温物体传向低温物体利用水泵将水由低处引向高处关系如果一个过程正向是自发的，则其逆向通常是非自发的【特别提示】自发过程在某一特定的条件下，有明确的方向性，要逆向进行时必须借助外界做功，具有做功的本领。3．自发反应（1）定义：在给定条件下，能自发地进行到显著程度的反应称为自发反应。如铁器暴露在潮湿的空气中生锈，甲烷和氧气的混合气体遇火会爆炸等。（2）特征：自发反应是一类特殊的自发过程；自发反应具有方向性，即反应的某个方向在给定条件下是自发进行的，则其逆反应在该条件下一定是非自发的。4．非自发反应：不能自发地进行，必须借助于某种外力才能进行的反应称为非自发反应。【特别提示】（1）自发反应和非自发反应是可以相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下是非自发反应。如是常温下的自发反应，而在高温条件下其逆反应才是自发反应。（2）自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应；而自发反应一定是自发过程。二．化学反应进行方向的判据1．焓判据（1）概念：自发过程的体系总是趋向于从高能状态转化为低能状态（这时体系往往会对外做功或释放能量），表现为焓变，这一经验规律即为焓判据，又称能量判据。①用焓变来判断反应进行的方向。②放热反应过程中体系能量降低，具有自发进行的趋向。（2）反应焓变与反应方向的关系：反应焓变与反应方向的关系反应焓变与反应方向的关系多数放热反应()能自发进行。如有不少吸热反应()能自发进行。如有一些吸热反应在室温下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。如结论反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。2．熵判据（1）熵概念：用来量度体系混乱度的一个物理量，符号为S，单位为。（2）熵变：系统发生变化前后体系熵的变化叫作熵变，用ΔS表示。表达式：（3）熵值大小判据①物质的混乱度：体系的混乱度越大，熵值越大；②同一条件下，不同物质的熵值不同；③物质的存在状态，同一物质：。（4）熵增原理与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增加，即熵变（符号）大于零（填“大于”“小于”或“等于”）。（5）熵判据：用熵变来判断反应进行的方向。（6）熵变的判断①气体体积增大的反应，熵增加；②气体体积减小的反应，熵减小。（7）自发反应与熵变的关系：①许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发地进行。如产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反应，熵变都是正值，为熵增加反应。例如：②有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。例如：③少数熵减的反应在一定条件下也可能自发进行。例如：所以熵变是与反应能否自发进行有关的又一个因素，但也不是唯一因素。只用来判断反应的自发性是不全面的。3．复合判据（1）复合判据（自由能判据）：为了更准确判断化学反应进行的方向，把焓判据和熵判据结合起来组成复合判据——自由能变化（）判据，（T为开尔文温度）。在温度、压强一定的条件下，的正、负决定着反应的自发与否。（2）与反应能否自发进行的关系：①，反应能自发进行；②，反应达到平衡状态；③，反应不能自发进行。（3）有关规律（如右图所示）：①（第二象限），放热的熵增大反应一定能自发进行；②（第四象限），吸热的熵减小反应一定不能自发进行；③（第一象限），吸热的熵增大反应在高温时可能自发进行；④（第三象限），放热的熵减小反应在低温时可能自发进行。【特别提示】利用自由能变化结合四个象限来判断化学反应进行的方向非常方便、快捷；当焓变与熵变的符号一致，利用自由能变化计算反应自发进行所需的温度时，要注意单位的统一。（4）理解复合判据应注意以下四点：①焓变与熵变共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行。②焓和熵的变化都只取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。③反应方向的判断与反应条件有关，不能随意将常温、常压下的结论用于其他温度、压强下的反应。④反应发生的条件有多种，这个判据只能用于温度、压强一定的条件下的反应，不能用于其他条件（如温度、体积一定）下的反应。三．判断反应进行的程度1．如果一个化学反应的平衡常数的数值在左右，通常认为，反应可以进行得比较完全；相反，一般，如果一个化学反应的平衡常数的数值在左右，则认为这个反应很难进行。2．判断可逆反应是否达到平衡状态在温度一定的条件下，判断一个化学反应是否达到平衡的根据是：计算出来某一时刻该反应的浓度商，将其与平衡常数K进行比较，如果二者相等，则说明反应已达到平衡状态，否则该反应处于非平衡状态。如果反应中有固体或纯液体参加，则它们的浓度不列入平衡常数表达式中，一般步骤为设任一时刻的浓度商（即同样应用K的计算式，但为某一时刻的）为若＝K，说明反应平衡；>K，说明反应向逆向进行；<K，说明反应向正向进行。3．利用K判断反应的热效应其他条件不变时，若正反应是吸热反应，由于升高（或降低）温度时平衡向正（或逆）反应方向移动，K值增大（或减小）；若正反应是放热反应，由于升高（或降低）温度时平衡向逆（或正）反应方向移动，K值减小（或增加）；所以温度升高时平衡常数可能增大，也可能减小，但不会不变。三点剖析一．考点：1．了解放热反应的自发性和某些吸热反应的自发性。2．通过“有序”和“无序”的对比，理解熵的概念。3．初步了解焓变和熵变对化学反应方向的影响，能用焓变和熵变说明化学反应的方向。二．重难点：1．焓判据，放热过程中体系能量降低，ΔH<0，反应具有自发进行的倾向。2．熵判据，在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加（ΔS>0）的方向转变的倾向。3．同一物质由固态（s）→液态（l）→气态（g）的过程为熵值增大的过程，ΔS>0。反之，为熵值减小的过程，ΔS<0。4．当ΔH<0，ΔS>0，反应能自发进行；当ΔH>0，ΔS<0，反应不能自发进行。5．数学象限法判断化学反应的自发性：（如图）【特别提示】当反应的焓变和熵变的影响相反时，如果两者相差悬殊，某一因素可能占主导地位，若两者相差不大时，温度有可能对反应的方向起决定性作用。三．易错点：1．不能片面地用焓判据、熵判据孤立判断。2．不能忽视温度在大多数化学反应方向判断中的作用。3．不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。4．不能笼统认为吸热反应、熵减反应一定不自发。5．不能忽视ΔH、T、ΔS单位的协调一致。焓变和熵变例题1、下列过程的熵变，判断不正确的是（）A.溶解少量食盐于水中，ΔS＞0B.纯碳和氧气反应生成CO(g)，ΔS＞0C.H2O(g)变成液态水，ΔS＞0D.CaCO3(s)加热分解为CaO(s)和CO2(g)，ΔS＞0例题2、下列自发反应可用焓判据来解释的是（）A.ΔH＝＋56.7kJ·mol－1B.ΔH＝＋74.9kJ·mol－1C.ΔH＝－572kJ·mol－1D.ΔH＝＋178.2kJ·mol－1例题3、下列过程属非自发的是（）A.水由高处向低处流B.室温下水结成冰C.气体从高密度处向低密度处扩散D.煤气的燃烧随练1、下列关于化学反应的叙述正确的是（）A.ΔH＞0的化学反应一定不能自发进行B.反应的熵(体系混乱度)增大(即ΔS＞0)C.非自发反应在任何条件下都不能发生D.熵增加且放热的反应一定是自发反应随练2、25℃，KNO3的饱和水溶液物质的量浓度是6mol·L－1。若将1mol固体KNO3置于1L水中，则KNO3变成盐溶液过程为（）A.自发B.不自发C.可逆D.不能确定复合判据例题1、（1）化学反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)ΔH(298K)＝178.2kJ·mol－1ΔS(298K)＝169.6J·mol－1·K－1，常温下该反应________(填“能”或“不能”)自发进行，CaCO3分解反应要自发进行，温度T应高于________K。（2）化学反应：，在298K、101kPa下，ΔH＝－113.0kJ·mol－1，ΔS＝－145.3J·mol－1·K－1，反应在该条件下________(填“能”或“不能”)自发进行。例题2、在298K时，NaCl在水中的溶解度为26g。如将1molNaCl溶解在1L水中，此溶解过程中体系的ΔH－TΔS和熵如何变化（）A.ΔH－TΔS＞0，ΔS＞0B.ΔH－TΔS＜0，ΔS＞0C.ΔH－TΔS＞0，ΔS＞0D.ΔH－TΔS＜0，ΔS＜0例题3、二氧化碳捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。（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：，该反应的ΔH________0，ΔS________0(选填“＞”、“＜”或“＝”)，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。（2）CO2转化途径之一是利用太阳能或生物质能分解水制H2，然后将H2与CO2转化为甲醇或其他化学品。你认为该方法需要解决的技术问题有________。a．开发高效光催化剂b．将光催化制取的氢气从反应体系中有效分离，并与CO2发生催化转化c．二氧化碳及水资源的供应随练1、已知反应的ΔH为正值，ΔS为负值。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.低温下不能自发进行，高温下能自发进行D.任何温度下都不能自发进行随练2、工业上用赤铁矿生产铁，可以选择的还原剂有C和H2。根据所学知识判断：哪一种还原剂可使反应自发进行的温度较低？_________________________。已知：ΔH＝＋233.8kJ·mol－1，ΔS＝＋0.279kJ·mol－1·K－1ΔH＝＋98kJ·mol－1，ΔS＝＋0.1442kJ·mol－1·K－1拓展1、下列说法正确的是（）A.能自发进行的反应一定能迅速发生B.反应ΔH＝＋185.57kJ·mol－1，能自发进行，是因为体系有自发地向混乱度增大的方向转变的倾向C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据D.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2、知道了某过程有自发性之后，则（）A.可判断出过程的方向B.可确定过程是否一定会发生C.可预测过程发生完成的快慢D.可判断过程的热效应3、在一定条件下，对于反应，C物质的百分含量(C%)与温度、压强的关系如图所示，下列判断正确的是（）A.ΔH＜0ΔS＞0B.ΔH＞0ΔS＜0C.ΔH＞0ΔS＞0D.ΔH＜0ΔS＜04、某化学兴趣小组专门研究了氧族元素及其某些化合物的部分性质，所查资料信息如下：①酸性：H2SO4＞H2SeO4＞H2TeO4②氧、硫、硒与氢气化合越来越难，碲与氢气不能直接化合③由某元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图所示。请回答下列问题：（1）H2与S化合的反应________热量(填“放出”或“吸收”)。（2）已知H2Te分解反应的ΔS＞0，请解释为什么Te和H2不能直接化合：_________________________________________________________________。（3）上述资料信息中能够说明硫元素的非金属性强于硒元素的是________(填序号)。

答案解析焓变和熵变例题1、【答案】C【解析】H2O(g)变成H2O(l)ΔS＜0。例题2、【答案】C【解析】焓判据是指ΔH＜0的反应，一般是自发的。只有C项符合题意。例题3、【答案】B【解析】自然界中水由高处向低处流、煤气的燃烧、气体从高密度处向低密度处扩散、室温下冰的融化都是自发过程，其逆向都是非自发的。随练1、【答案】D【解析】A选项反应是否自发进行由ΔG＝ΔH－TΔS决定，ΔH＞0的吸热反应有的也能自发进行，如碳酸氢铵的分解反应；B选项对应的反应为熵减少的反应；C选项非自发反应在改变温度的条件下使ΔG＜0，则反应就能自发进行。随练2、【答案】A【解析】电解质溶解于水是自发进行的过程。复合判据例题1、【答案】（1）不能；1051（2）能【解析】（1）298K时，ΔH－TΔS＝178.2kJ·mol－1－298K×169.6×10－3kJ·mol－1·K－1＝128kJ·mol－1＞0，故常温下反应不能自发进行。当ΔH－TΔS＝0时，T＝eq\f(ΔH,ΔS)＝eq\f(178.2kJ·mol－1,169.6×10－3kJ·mol－1·K－1)＝1051K，故当T＞1051K时，ΔH－TΔS＜0，反应才能自发进行。（2）298K时，ΔH－TΔS＝－113.0kJ·mol－1－298K×(－145.3×10－3kJ·mol－1·K－1)＝－69.7kJ·mol－1＜0，因此该条件下反应能自发进行。例题2、【答案】B【解析】NaCl(s)溶解于水中是自发进行的过程，故ΔH－TΔS＜0；NaCl(s)===NaCl(aq)，体系的混乱度增大，ΔS＞0。例题3、【答案】（1）＞；＞；不能（2）ab【解析】该反应是分解反应，且CO燃烧时放热，所以该反应为吸热反应，即ΔH＞0，因该反应气体的物质的量增多，所以ΔS＞0。ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应可自发进行，所以在低温下，该反应不能自发进行。随练1、【答案】D【解析】根据复合判据ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，ΔH－TΔS＞0时，反应非自发进行，又因为ΔH＞0，ΔS＜0，T＞0，故ΔH－TΔS＞0，则此反应为非自发进行的反应。随练2、【答案】用H2作还原剂时反应自发进行的温度较低【解析】根据ΔH－TΔS＝0为平衡状态，ΔH－TΔS＜0为自发状态，故T＞eq\f(ΔH,ΔS)时该反应能自