第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)的方向[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.知道化學(xué)反應(yīng)是有方向的，通過宏觀事實推理、建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)的方向與反應(yīng)的焓變和熵變的關(guān)系的認知模型。2.能結(jié)合具體事例說明反應(yīng)自發(fā)進行的方向性。一、自發(fā)過程與自發(fā)反應(yīng)1.自發(fā)過程(1)含義：在一定條件下，不用借助外力就可以自發(fā)進行的過程。例如高山流水、自由落體。(2)特點①體系趨向于從高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軤顟B(tài)(體系對外部做功或釋放熱量)。②在密閉條件下，體系有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向(無序體系更加穩(wěn)定)。(3)非自發(fā)過程：在一定條件下，需持續(xù)借助外力才能進行的過程。2.自發(fā)反應(yīng)(1)含義：在給定的條件下，無需外界幫助，一經(jīng)引發(fā)即能自動進行的反應(yīng)，稱為自發(fā)反應(yīng)。例如鋼鐵生銹。(2)非自發(fā)反應(yīng)：不能自發(fā)進行，必須借助某種外力才能進行的反應(yīng)。注意自發(fā)反應(yīng)具有方向性，即在一定條件下反應(yīng)的某個方向是自發(fā)進行的，其逆方向在相同條件下一定不能自發(fā)進行。自發(fā)反應(yīng)不一定能夠?qū)嶋H發(fā)生，發(fā)生時速率也不一定大。3.應(yīng)用(1)自發(fā)反應(yīng)可被用來做“有用功”。例如H2的燃燒可設(shè)計成燃料電池。(2)非自發(fā)過程要想發(fā)生，必須對它做功。例如通電將水分解為H2和O2。1.下列過程中屬于自發(fā)過程的是(填序號)。

①銨鹽的溶解②燒堿與鹽酸反應(yīng)③Zn與稀H2SO4反應(yīng)④將地下水抽至地面⑤Mg在空氣中燃燒⑥鋁熱反應(yīng)⑦墨水在水中的擴散⑧電解熔融的氯化鈉答案①②③⑤⑥⑦解析將地下水抽至地面需要持續(xù)做功，電解熔融的氯化鈉要在直流電作用下才能進行，均不屬于自發(fā)過程。2.已知：①2H2+O22H2O；②2H2O2H2↑+O2↑。①是自發(fā)反應(yīng)，②是非自發(fā)反應(yīng)，通過對上述反應(yīng)的分析，思考：(1)自發(fā)反應(yīng)不需要任何條件就能發(fā)生嗎？(2)非自發(fā)反應(yīng)一定不能發(fā)生嗎？提示(1)自發(fā)反應(yīng)也需要一定條件引發(fā)反應(yīng)，一旦反應(yīng)后即可自發(fā)進行。(2)非自發(fā)反應(yīng)在一定條件下能發(fā)生。二、化學(xué)反應(yīng)進行方向的判據(jù)1.焓變與化學(xué)反應(yīng)的方向放熱反應(yīng)過程中體系能量降低，因此具有自發(fā)進行的傾向，科學(xué)家提出用焓變來判斷反應(yīng)進行的方向，這就是焓判據(jù)。大多數(shù)放熱反應(yīng)是可以自發(fā)進行的。有些吸熱反應(yīng)也可以自發(fā)進行，如：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)ΔH=+109.8kJ·mol-1，故不能只根據(jù)放熱或吸熱來判斷反應(yīng)的方向。只用焓判據(jù)判斷反應(yīng)是否自發(fā)不全面。分析下列反應(yīng)進行的方向與ΔH之間的關(guān)系。(1)H2(g)+12O2(g)=H2O(l)，燃燒反應(yīng)是(填“吸”或“放”，下同)熱反應(yīng)，ΔH(填“>”或“<”，下同)0，常溫下能自發(fā)進行。(2)Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s)，該反應(yīng)是熱反應(yīng)，ΔH0，常溫下(填“能”或“不能”，下同)自發(fā)進行。

(3)Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反應(yīng)為熱反應(yīng)，常溫下自發(fā)進行。

(4)2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)，該反應(yīng)是熱反應(yīng)，ΔH0，能自發(fā)進行。

答案(1)放<(2)放<能(3)吸能(4)吸>2.熵變與化學(xué)反應(yīng)的方向(1)熵、熵變的概念(2)熵值大?、袤w系的熵值：體系的混亂程度越大，體系的熵值就越大。②同一種物質(zhì)的熵值：S(g)>S(l)>S(s)；同一條件下，不同物質(zhì)的熵值不同。(3)熵變與化學(xué)反應(yīng)進行方向的關(guān)系①自發(fā)進行的化學(xué)反應(yīng)大多是熵增的過程，有些熵減的過程也能自發(fā)進行。不能只根據(jù)熵增或熵減來判斷化學(xué)反應(yīng)進行的方向。②與環(huán)境既沒有物質(zhì)交換也沒有能量交換的孤立體系或絕熱體系，自發(fā)過程才向著熵增的方向進行。(1)反應(yīng)CaCO3(s)+2HCl(aq)=CaCl2(aq)+H2O(l)+CO2(g)的ΔS(填“>”“<”或“=”，下同)0，常溫下(填“能”或“不能”，下同)自發(fā)進行。

答案>能(2)2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)，該反應(yīng)的ΔS0，能自發(fā)進行。

答案>(3)自發(fā)反應(yīng)4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)的ΔS0。

答案<(4)二氧化碳通入澄清石灰水的反應(yīng)Ca(OH)2(aq)+CO2(g)=CaCO3(s)+H2O(l)自發(fā)進行，其ΔS0。

答案能<3.自由能與化學(xué)反應(yīng)的方向(1)自由能變化符號為ΔG，單位為kJ·mol-1。(2)自由能變化與焓變、熵變的關(guān)系ΔG=ΔH-TΔS。ΔG不僅與焓變和熵變有關(guān)，還與溫度有關(guān)。(3)反應(yīng)方向與自由能的關(guān)系化學(xué)反應(yīng)總是向著自由能減小的方向進行，直到體系達到平衡。①當(dāng)ΔG<0時，反應(yīng)能自發(fā)進行；②當(dāng)ΔG=0時，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；③當(dāng)ΔG>0時，反應(yīng)不能自發(fā)進行。類型ΔHΔSΔG反應(yīng)的自發(fā)性1<0>0<0一定能自發(fā)2>0<0>0一定不能自發(fā)3<0<0正負決定于溫度低溫能自發(fā)4>0>0高溫能自發(fā)(1)在其他外界條件不變的情況下，使用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)進行的方向()(2)自由能變化ΔG<0的化學(xué)反應(yīng)一定能迅速發(fā)生()(3)SO2(g)=S(g)+O2(g)ΔH>0，ΔS>0，該反應(yīng)不能自發(fā)進行()(4)NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)ΔH=+185.57kJ·mol-1能自發(fā)進行，原因是體系有自發(fā)地向混亂度增加的方向轉(zhuǎn)變的傾向()(5)ΔH>0，ΔS<0的反應(yīng)，任何溫度下都不能自發(fā)進行()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√1.下列敘述不正確的是()A.混亂度減小的吸熱反應(yīng)一定不能自發(fā)進行B.在溫度、壓強一定條件下，自發(fā)反應(yīng)總是向ΔH-TΔS<0的方向進行C.碳酸氫鈉加熱可以分解，因為升高溫度利于熵增的方向自發(fā)進行D.水結(jié)冰的過程不能自發(fā)進行的原因是熵減的過程，改變條件也不可能自發(fā)進行答案D解析混亂度減小的吸熱反應(yīng)是ΔS<0、ΔH>0的反應(yīng)，該反應(yīng)的ΔH-TΔS>0，一定不能自發(fā)進行，故A正確；自發(fā)反應(yīng)有向ΔH-TΔS<0的方向進行的趨勢，故B正確；碳酸氫鈉加熱可以分解，即升高溫度反應(yīng)能自發(fā)進行，由于該反應(yīng)生成的氣體增多，ΔS>0，所以升高溫度利于熵增的方向自發(fā)進行，故C正確；水結(jié)冰的過程是熵減的放熱過程，通常情況下不能自發(fā)進行，但降溫時該過程能自發(fā)進行，故D錯誤。2.已知在100kPa、298.15K時，石灰石發(fā)生分解反應(yīng)：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.3kJ·mol-1ΔS=+160.4J·mol-1·K-1，則(1)該反應(yīng)(填“能”或“不能”)正向自發(fā)進行。

(2)若溫度能決定反應(yīng)方向，則該反應(yīng)正向自發(fā)進行的最低溫度為。

答案(1)不能(2)1111.6K解析(1)ΔG=ΔH-TΔS=+178.3kJ·mol-1-298.15K×160.4×10-3kJ·mol-1·K-1≈130.5kJ·mol-1>0，所以該反應(yīng)不能正向自發(fā)進行。(2)根據(jù)ΔG=ΔH-TΔS<0時，反應(yīng)可正向自發(fā)進行，則有T>ΔHΔS≈1111.63.在化學(xué)反應(yīng)A(g)+B(g)2C(g)+D(g)ΔH=QkJ·mol-1過程中的能量變化如圖所示，回答下列問題。(1)Q(填“>”“<”或“=”，下同)0。

(2)熵變ΔS0。

(3)該反應(yīng)(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。

(4)升高溫度平衡常數(shù)K(填“增大”“減小”或“不變”)，平衡向(填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”)方向移動。

答案(1)<(2)>(3)能(4)減小逆反應(yīng)解析據(jù)圖像可知，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故Q<0；據(jù)反應(yīng)特點可知，該反應(yīng)是熵增的反應(yīng)；據(jù)ΔG=ΔH-TΔS<0可知該反應(yīng)能自發(fā)進行；升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡常數(shù)減小。課時對點練[分值：100分][1~10題，每小題6分]題組一自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)1.下列關(guān)于自發(fā)過程的敘述正確的是()A.只有不需要任何條件就能夠自動進行的過程才是自發(fā)過程B.需要加熱才能進行的過程肯定不是自發(fā)過程C.同一可逆反應(yīng)的正、逆反應(yīng)在不同條件下都有自發(fā)的可能D.非自發(fā)過程在任何條件下都不可能變?yōu)樽园l(fā)過程答案C解析在一定條件下，不用借助外力即可自發(fā)進行的過程為自發(fā)過程，所以自發(fā)過程也需要特定的條件，A、B項錯誤；可逆反應(yīng)在不同的條件下，可以向不同方向自發(fā)進行，C項正確；改變條件，可以使某些非自發(fā)過程轉(zhuǎn)變?yōu)樽园l(fā)過程，D項錯誤。2.(2024·陜西榆林高二檢測)化學(xué)與生活息息相關(guān)。下列不能自發(fā)進行的是()A.墨汁加到清水中使整杯水變黑B.水在0℃以下結(jié)為冰C.石灰石轉(zhuǎn)化為生石灰D.水從高處往低處流答案C解析石灰石轉(zhuǎn)化為生石灰需要在高溫條件下進行，該變化過程不是自發(fā)進行的，C符合題意。題組二反應(yīng)焓變與反應(yīng)方向3.下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的焓變的敘述正確的是()A.化學(xué)反應(yīng)的焓變與反應(yīng)的方向無關(guān)B.化學(xué)反應(yīng)的焓變直接決定了反應(yīng)的方向C.焓變?yōu)檎姆磻?yīng)都是吸熱反應(yīng)D.焓變?yōu)檎姆磻?yīng)都能自發(fā)進行答案C解析焓變與反應(yīng)的方向有關(guān)，A項錯誤；化學(xué)反應(yīng)的焓變不能直接決定化學(xué)反應(yīng)的方向，還要結(jié)合熵變等條件，B、D項錯誤。4.(2025·天津高二期末)下列自發(fā)反應(yīng)可用焓判據(jù)來解釋的是()A.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.7kJ·mol-1B.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH=+74.9kJ·mol-1C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1D.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.2kJ·mol-1答案C解析從焓變的角度分析，化學(xué)反應(yīng)由高能狀態(tài)向低能狀態(tài)轉(zhuǎn)化，有使體系能量降低的趨勢，表現(xiàn)為放熱反應(yīng)較易進行。題組三反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向5.下列對熵的理解錯誤的是()A.同種物質(zhì)氣態(tài)時熵值最大，固態(tài)時熵值最小B.體系越有序，熵值越小；越混亂，熵值越大C.與外界隔離的體系，自發(fā)過程將導(dǎo)致體系的熵減小D.25℃、1.01×105Pa時，2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)是熵增反應(yīng)答案C解析C項，體系都有從有序自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的傾向，此過程為熵增過程，錯誤。6.下列變化過程為熵增的是()A.2NH4NO3(s)=2N2(g)+4H2O(g)+O2(g)B.CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)C.2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)D.3O2(g)=2O3(g)答案A解析反應(yīng)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)有氣體參與反應(yīng)，但反應(yīng)前后氣體分子數(shù)沒有變化，熵沒有增加，B錯誤；C、D項反應(yīng)中均有氣體參與反應(yīng)，反應(yīng)后氣體分子數(shù)減少，變化過程為熵減，錯誤。題組四自由能與反應(yīng)進行方向的判斷7.關(guān)于反應(yīng)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)ΔH<0。下列說法正確的是()A.該反應(yīng)是熵增大的反應(yīng)(即ΔS>0)B.該反應(yīng)在低溫條件下能較快發(fā)生C.該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，能在任何溫度下自發(fā)進行D.反應(yīng)是否自發(fā)要綜合考慮焓變和熵變兩個因素答案D解析該反應(yīng)反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量減小，是熵減小的反應(yīng)，A錯誤；ΔH-TΔS<0的反應(yīng)可自發(fā)進行，該反應(yīng)的ΔH<0、ΔS<0，即該反應(yīng)在低溫時可自發(fā)進行，但反應(yīng)速率較慢，B、C錯誤；反應(yīng)是否自發(fā)要綜合考慮焓變和熵變兩個因素，D正確。8.(2024·湖北華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué)月考)下列有關(guān)說法不正確的是()A.Na與H2O的反應(yīng)是熵增的放熱反應(yīng)，該反應(yīng)能自發(fā)進行B.某吸熱反應(yīng)能自發(fā)進行，因此該反應(yīng)一定是熵增反應(yīng)C.通常情況下，一個放熱且熵增的反應(yīng)也有可能不能自發(fā)進行D.反應(yīng)NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH<0答案C解析Na與水反應(yīng)生成H2，ΔS>0，此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH<0，故ΔH-TΔS<0，該反應(yīng)能自發(fā)進行，A正確；吸熱反應(yīng)的ΔH>0，能自發(fā)進行必須滿足ΔH-TΔS<0，所以ΔS>0，B正確；當(dāng)反應(yīng)是熵增且放熱的反應(yīng)時，一定滿足ΔH-TΔS<0，反應(yīng)一定能自發(fā)進行，C錯誤；反應(yīng)NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)為熵減的反應(yīng)，ΔS<0，若在室溫下可自發(fā)進行，ΔH-TΔS<0，則一定有ΔH<0，D正確。9.(2024·山東泰安一中月考)下列說法正確的是()A.常溫下反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)不能正向自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH<0B.反應(yīng)2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能正向自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH<0C.2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)，該反應(yīng)低溫下能正向自發(fā)進行，則ΔH>0D.反應(yīng)SiO2(s)+3C(s)=SiC(s)+2CO(g)常溫下不能正向自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH<0答案B解析C(s)+CO2(g)2CO(g)為熵增反應(yīng)，常溫下反應(yīng)不能正向自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH>0，A錯誤；反應(yīng)2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)為熵減反應(yīng)，能正向自發(fā)進行，則反應(yīng)的ΔH<0，B正確；題述反應(yīng)低溫下能正向自發(fā)進行，由ΔS<0、ΔH-TΔS<0可知，ΔH<0，C錯誤；反應(yīng)SiO2(s)+3C(s)=SiC(s)+2CO(g)為熵增反應(yīng)，常溫下不能正向自發(fā)進行，則該反應(yīng)的ΔH>0，D錯誤。10.下列內(nèi)容與原因或結(jié)論不對應(yīng)的是()選項內(nèi)容原因或結(jié)論AH2O(g)變成H2O(l)該過程ΔS>0B硝酸銨溶于水可自發(fā)進行因為ΔS>0C一個反應(yīng)的ΔH>0、ΔS<0該反應(yīng)不能自發(fā)進行DH2(g)+F2(g)2HF(g)的ΔH=-271kJ·mol-1、ΔS=+8J·mol-1·K-1該反應(yīng)在任何溫度下均可自發(fā)進行答案A解析H2O(g)變成H2O(l)，體系混亂度減小，則ΔS<0，A錯誤；常溫下硝酸銨溶于水是一個能自發(fā)進行的吸熱過程，硝酸銨溶解生成自由移動的離子，是熵增大的過程，ΔS>0，B正確；一個反應(yīng)的ΔH>0、ΔS<0，則ΔH-TΔS>0，所以該反應(yīng)不能自發(fā)進行，C正確；ΔH=-271kJ·mol-1，ΔS=+8J·mol-1·K-1，由ΔH-TΔS<0的反應(yīng)可自發(fā)進行可知，該反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進行，D正確。[11~14題，每小題8分]11.(2024·江西浮梁縣第一中學(xué)高二期中)光氣(COCl2)在有機合成中常作氯化劑。工業(yè)制備原理：CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)ΔH。下列敘述錯誤的是()A.相對于曲線a，曲線b代表加入催化劑B.加入催化劑和增大CO濃度都能提高活化分子百分數(shù)C.上述反應(yīng)的逆反應(yīng)為熵增的吸熱反應(yīng)D.升高溫度，上述反應(yīng)的平衡常數(shù)減小答案B解析由圖像可知，加入催化劑，反應(yīng)的活化能降低，A項正確；增大反應(yīng)物濃度能提高單位體積內(nèi)活化分子總數(shù)，不能提高活化分子百分數(shù)，B項錯誤；上述反應(yīng)的逆反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的吸熱反應(yīng)，C項正確；該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)減小，D項正確。12.灰錫結(jié)構(gòu)松散，不能用于制造器皿，而白錫結(jié)構(gòu)堅固，可以制造器皿?，F(xiàn)把白錫制成的器皿放在0℃、100kPa的室內(nèi)存放，它會不會變成灰錫而不能再繼續(xù)使用(已知：在0℃、100kPa條件下白錫轉(zhuǎn)化為灰錫的反應(yīng)焓變和熵變分別為ΔH=-2180.9J·mol-1，ΔS=-6.61J·mol-1·K-1)()A.會變成灰錫B.不會變成灰錫C.不能確定D.升高溫度才會變成灰錫答案A解析在0℃、100kPa條件下，白錫會不會變?yōu)榛义a的問題即為求算反應(yīng)：白錫→灰錫的ΔH-TΔS值的問題。ΔH-TΔS=-2180.9J·mol-1-273K×(-6.61J·mol-1·K-1)=-376.37J·mol-1<0，因此在該條件下白錫會變?yōu)榛义a。13.(2024·黑龍江大慶實驗中學(xué)期中)氮化硼(BN)是重要的無機材料，可通過下面兩個反應(yīng)制得：反應(yīng)Ⅰ：2B(s)+N2(g)=2BN(s)反應(yīng)Ⅱ：B2O3(s)+2NH3(g)=2BN(s)+3H2O(g)已知反應(yīng)Ⅰ常溫下能自發(fā)進行，反應(yīng)Ⅱ常溫下不能自發(fā)進行。下列說法錯誤的是()A.常溫下反應(yīng)Ⅰ的ΔG<0，但無法判斷化學(xué)反應(yīng)速率快慢B.反應(yīng)Ⅰ的ΔS<0，ΔH<0C.性能優(yōu)良的催化劑可使反應(yīng)Ⅱ在常溫下自發(fā)進行D.反應(yīng)Ⅱ中有極性鍵的斷裂與生成答案C解析常溫下反應(yīng)Ⅰ的ΔG<0，說明反應(yīng)可以自發(fā)進行，但不能判斷化學(xué)反應(yīng)速率的快慢，A正確；2B(s)+N2(g)=2BN(s)是熵減的反應(yīng)，ΔS<0，該反應(yīng)常溫下能自發(fā)進行，則ΔH<0，B正確；反應(yīng)Ⅱ在常溫下不能自發(fā)進行，催化劑不能使不能自發(fā)進行的反應(yīng)變?yōu)槟茏园l(fā)進行的反應(yīng)，C錯誤；反應(yīng)Ⅱ中有N—H的斷裂及O—H的生成，故反應(yīng)Ⅱ中有極性鍵的斷裂與生成，D正確。14.焦炭常用于冶煉工業(yè)。已知反應(yīng)①：2C(s)+O2(g)=2CO(g)；反應(yīng)②：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)，反應(yīng)①、②的反應(yīng)趨勢與溫度關(guān)系如圖所示(假設(shè)ΔH、ΔS不隨溫度變化)。下列說法錯誤的是()A.反應(yīng)②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0B.983K是兩個反應(yīng)主次趨勢變化的轉(zhuǎn)折點C.L1對應(yīng)反應(yīng)①D.當(dāng)溫度低于983K時，過量焦炭的氧化產(chǎn)物以反應(yīng)②生成CO2為主答案C解析根據(jù)化學(xué)方程式可知，反應(yīng)②的ΔS<0，則-TΔS>0，根據(jù)273K時，ΔG=ΔH-TΔS<0，所以ΔH<0，A正確；ΔG越小，說明反