高二化学人教版选修四导学案设计 第二章 第4节 化学反应进行的方向

高二化学人教版选修四导学案

第二章第4节化学反应进行的方向

【学习目标】

1、了解熵的基本涵义及能量判椐和熵判椐的基本内容

2、能利用能量判椐、熵判椐和复合判据对反应进行方向的判断

【主干知识梳理】

①自然界中水总是从高处往低处流

②电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动

③室温下冰块自动融化

④铁器暴露在潮湿的空气中会生锈

⑤墨水扩散

⑥食盐溶解于水

⑦煤气与空气点燃就燃烧

⑧火柴棒散落

一、自发过程和自发反应

1、自发过程

(1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程

(2)特点：①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)

②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)

2、非自发过程：在一定条件下，需要外力作用而进行的过程

3、自发反应：在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应

特别说明：(1)外界帮助是指温度和压强外的条件，如：通电、光照等

(2)自发反应在恰当条件下才能实现

4、生活中的自发过程和自发反应

①自然界中水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流

②生活中电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动，其反方向也不会自动进行

③在室温下，冰块会自动融化

④铁器暴露在潮湿空气中会生锈

⑤香水香气的扩散

⑥蔗糖溶于水使整杯水变甜

⑦甲烷和氧气的混合气体遇明火就燃烧

⑧生石灰投入水中放热生成熟石灰

⑨酒精的燃烧、铁粉与硫粉反应等(有些反应虽需点燃或加热，但一旦发生就能自发的进行下去)

5、注意的问题

(1)自发过程和自发反应的应用

①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆方向的反应在该条件下肯定不自发，如铁器暴露于潮湿的空气

中会生锈，是自发的，则铁锈变为铁在该条件肯定不是自发的

②一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低

处抽向高出，通电可将水分解生成氢气和氧气

③用来完成有用功。如向下的水流可推动机器，汽油的燃烧可在内燃机中被用来做功，锌与硫酸铜溶液的反应可设计成原电池，

可将氢气的燃烧反应设计成燃料电池

(2)过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率

如：涂有防锈漆和未涂有防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现

二、化学反应进行方向的判据

下列反应在一定条件下都能自发进行，这些反应的共同点是什么？

甲烷燃烧：CH4(g) + 2O2(g) =CO2(g) + 2H2O(l) △H = -890.3 kJ·mol-1

钠在氯气中燃烧：2Na(s) + Cl2(g) = 2NaCl(s) △H = -822 kJ·mol-1

铁生锈：4Fe(s) + 3O2(g) = Fe2O3(s)△H = -1648.4 kJ·mol-1

氢气和氟气反应：H2(g) + F2(g) = 2HF(g)△H = -546.6 kJ·mol-1

共同特点：△H < O 即放热反应

放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，△H < 0有利于反应自发进行

1、能量判据(焓判据)：自发过程的体系总是趋向于从高能量状态转变为低能量状态(这时体系会对外做功或者释放热量)，表现为焓

变△H﹤0，这一经验规律就是能量判据，判断反应进行方向的依据是焓变，即焓判据。

研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一

思考：是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？

(1)吸热的自发过程

①室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热过程。

②N2O5分解：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g) △H=+56.7 kJ/mol

③碳铵的分解：(NH4)2CO3(s)NH4HCO3(s)+NH3(g) △H=+74.9 kJ/mol

(2)既不吸热也不放热的自发过程：两种理想气体的混合等

结论：△H < 0有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H<0。因此，焓变只是反应能否自发进行的一个因素，但不是惟一因

素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的

2、熵判据

(1)熵(混乱度)：在密闭条件下，体系由有序自发地转变为无序的倾向，衡量一个体系混乱度的物理量叫做熵，用符号S表示。

(2)熵变的含义：熵变是反应前后体系熵的变化，用ΔS表示，化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行

(3)熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(用△S表示)大于零。这个原理也叫做熵增原理。反

应的△S越大，越有利于反应自发进行，在用来判断化学反应方向时就称为熵判据

(4)导致混乱度增加的一些因素

①同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)

②固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程

③反应过程中气体物质的量增加的反应

思考：自发反应一定是熵增加的反应吗？

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)

结论：△S >0有利于反应自发进行，自发反应不一定要△S >0,。因此，熵变是反应能否自发进行的一个因素，但不是惟一因素很多情况下，简单地只用其中一个判据判断同一个反应，可能会出现相反的判断结果，所以应两个判据兼顾。由焓判据和熵判据组合成的复合判据将更适合于所有的过程

3、复合判据(恒温恒压)

自由能变化(符号为ΔG)：ΔG=ΔH—TΔS

ΔG = ΔH—TΔS < 0 反应能自发进行

ΔG =ΔH—TΔS = 0 反应达到平衡状态

ΔG =ΔH—TΔS > 0

【练习】

1、能自发进行的反应一定能实际发生吗？

2、判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行()

(2)反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响()

3、实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()

A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的

C．焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据

4、下列过程属于熵增加的是()

A．一定条件下，水由气态变成液态B．高温高压条件下使石墨转变成金刚石

C．4NO2(g)＋O2(g)===2N2O5 (g) D．固态碘升华

5、下列反应中，熵显著增加的反应是()

A．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g) B．CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑

C．C(s)＋O2(g)===CO2(g) D．2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)

6、已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74.9kJ·mol－1。下列说法中正确的是()

A．该反应中熵变小于0，焓变大于0

B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行

C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行

D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑

7、灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿，现把白锡制成的器皿放在0℃、100kPa的室内存放，它

会不会变成灰锡而不能再继续使用？已知：在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2180.9J·mol －1，ΔS＝－6.61J·mol－1·K－1。

【课后作业】

1、碳酸铵(NH4)2CO3在室温下就能自发的分解产生氨气，对其说法正确的是()

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

2、实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是()

A．所有的放热反应都是自发进行的B．所有的自发反应都是放热的

C．焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素D．焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据

3、过程的自发性的作用是()

A．判断过程的方向B．确定过程是否一定会发生C．判断过程发生的速率D．判断过程的热效应

4、下列说法正确的是()

A．放热反应一定是自发进行的反应B．吸热反应一定是非自发进行的

C．自发进行的反应一定容易发生D．有些吸热反应也能自发进行

5、下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是()

A．化学反应的熵变与反应的方向无关B．化学反应的熵变直接决定了反应的方向

C．熵值增大的反应都是混乱度增大的反应D．熵值增大的反应都能自发进行

6、下列说法不正确的是()

A．体系有序性越高，熵值就越低B．自发过程将导致体系的熵增大

C．吸热反应不可以自发进行D．同种物质气态时熵值最大

7、下列关于化学反应的自发性叙述中正确的是()

A．焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的B．焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的

C．焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的D．熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的

8、以下自发反应能用ΔH判据来解释的是()

A．硝酸铵自发地溶于水B．2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋156.7 kJ·mol－1 C．(NH4)2CO3(s)＝NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74.9kJ·mol－1 D．2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)ΔH＝－285.8 kJ·mol－1

9、下列关于自发过程的叙述中，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．需要加热才能够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

10、下列体系的熵变大于零的是()

A．水蒸气冷凝成水B．CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g) C．乙烯聚合成聚乙稀D．N2O4(g)＝2NO2(g)

11、下列有关自发反应的说法正确的是()

A．自发反应一定是ΔS>0的反应B．自发反应一定是ΔH<0的反应

C．自发反应在任何条件下都能自动进行D．ΔH<0，ΔS>0的反应一定是自发反应

12、判断反应过程自发性的目的是()

A．判断反应的方向B．确定反应是否一定发生C．判断反应过程发生的速率D．判断反应过程的热效应13、25℃和1.01×105Pa时，反应2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.7kJ/mol，自发进行的原因是()

A．是吸热反应B．是放热反应C．是熵减少的反应D．熵增大效应大于能量效应

14、下列说法正确的是()

A．放热反应的焓变小于零，熵变大于零B．放热及熵增加的反应，一定能自发进行

C．放热反应的焓变大于零，熵变小于零D．放热及熵减小的反应，一定能自发进行

15、对于反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)＝4Fe(OH)3(s)ΔH＝－444.3kJ·mol－1ΔS＝－280.1J·mol－1·K－1在常温、常压下反应能自

发进行，对反应的方向起决定性作用的是()

A．熵变B．温度C．压强D．焓变

16、能用焓判据判断下列过程方向的是()

A．湿的衣服经过晾晒变干B．硝酸铵溶于水

C．100℃时的水蒸气凝结成水D．25℃、101kPa时2N2O5(g)＝4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.7kJ/mol能自发进行17、已知“凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应”。根据所学知识判断，下列反应中，在任何温度下都不自发进行的是()

A．2O3(g)＝3O2(g)ΔH<0 B．2CO(g)＝2C(s)＋O2(g)ΔH>0

C．N2(g)＋3H2(g)＝2NH3(g)ΔH<0 D．CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0

18、已知在等温条件下，化学反应方向的判据为：ΔH—TΔS<0，反应能正向自发进行；ΔH—TΔS＝0，反应达平衡状态；ΔH—TΔS>0，

反应能逆向自发进行。(其中ΔH为焓变，ΔS为熵变，T为热力学温度，单位为K)设反应A(s)＝D(g)＋E(g)ΔH—TΔS＝(－4500＋11T)J/mol，要防止反应发生，温度必须()

A．高于409K B．低于136K C．高于136K而且低于409K D．低于409K

19、某反应在高温时能自发进行，在低温时逆反应能自发进行，则对其正反应的下列判断正确的是()

A．吸热反应，熵增加B．放热反应，熵增加

C．放热反应，熵减小D．升高温度时，平衡常数K减小

20．已知氧化性：Cl2>Br2>Fe3＋>I2；还原性：I－>Fe2＋>Br－>Cl－。下列反应能正向自发进行的是()

A．Br2＋2Fe2＋＝2Fe3＋＋2Br－B．2Fe3＋＋2I－＝2Fe2＋＋I2

C．I2＋2Fe2＋＝2Fe3＋＋2I－D．2Fe3＋＋2Cl－＝2Fe2＋＋Cl2

21、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>H2TeO4

②氧、硫、硒与氢气化合越来越难，碲与氢气不能直接化合

③由元素的单质生成等物质的量的氢化物的焓变情况如图

请回答下列问题：

(1)H2与硫化合的反应__________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非金属性强于硒元素的是__________(填序号)。

22、某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对反应[可用a A(g)＋b B(g)c C(g)表示]化学平衡的影响，得到如下

图象(图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，α表示平衡转化率，φ表示体积分数)：

分析图象，回答下列问题：

(1)在图象反应Ⅰ中，若p1>p2，则此正反应为__________(填“吸热”或“放热”)反应，也是一个气体分子数__________(填“减少”

或“增大”)的反应，由此判断，此反应自发进行，必须满足的条件是__________。

(2)在图象反应Ⅱ中，T1__________T2(填“>”、“<”或“＝”)，该正反应为__________________(填“吸热”或“放热”)反应。

(3)在图象反应Ⅲ中，若T2>T1，则此正反应为__________(填“吸热”或“放热”)反应。

(4)在图象反应Ⅳ中，若T1>T2，则该反应能否自发进行？

23、对于一个化学反应能否自发进行，可用ΔH－TΔS判断，若ΔH－TΔS<0，反应能自发进行；若ΔH－TΔS>0，反应不能自发进

行。汽车尾气中的主要污染物是一氧化氮以及燃料燃烧不完全所产生的一氧化碳，它们是现代化城市的重要大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出用以下反应来治理汽车尾气：2NO(g)＋2CO(g)＝N2(g)＋2CO2(g)，你能否判断这一方案是否可行？理论根据是什么？(已知在298K、101kPa下，该反应的ΔH＝－113.0kJ·mol－1，ΔS＝－145.3J·mol－1·K－1)

24、在298K时，下列反应的ΔH依次为：

C2H5OH(l)＋3O2(g)―→2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH1＝－1366.8kJ·mol－1

C(石墨)＋O2(g)―→CO2(g)ΔH2＝－393.5kJ·mol－1

H2(g)＋1/2O2(g)―→H2O(l)ΔH3＝－285.8kJ·mol－1

乙醇(C2H5OH)、氢气、石墨和氧气的熵值分别为：161.0、130.6、5.74、205.3(J·mol－1·K－1)，则298K时，由单质生成1 mol 乙醇的ΔH、ΔS及ΔH－TΔS分别为多少？

【化学反应进行的方向】答案

【练习】

1、答案不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。

2、答案(1)√(2)√

3、C

4、D

5、B

6、D

7、答案会自发变成灰锡，不能再继续使用。

解析ΔH－TΔS＝－2180.9J·mol－1×10－3－273K×(－6.61J·mol－1·K－1)×10－3≈－0.38kJ·mol－1<0，能自发进行。

【作业】

1、【答案】A【解析】(NH4)2CO3的分解为吸热反应，而吸热反应不易自发进行；根据焓变与熵变对化学反应的共同影响，该反

应熵值一定增大。【点评】(1)ΔH<0有利于反应自发进行，自发反应不一定要ΔH<0，焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。(2)ΔS>0，有利于反应自发进行，自发反应不一定要ΔS>0。熵变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。

2、【答案】C【解析】多数能自发进行的反应都是放热反应，并不是所有自发进行的反应都是放热反应，既然说“多数”，必定存在

特例，所以只能说“焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素。”

3、【答案】A【解析】反应过程的自发性用于判断反应过程的方向。

4、【答案】D【解析】放热反应容易自发进行，但不是所有的放热反应都能自发进行，吸热反应不易自发进行，但在一定条件下

也可以自发进行；自发反应是在一定条件下进行的，所以A、B、C均不正确。

5、【答案】C【解析】熵值增大的反应，即ΔS>0的反应容易自发进行，所以熵变与反应的方向有关；熵变是反应能否自发进

行的一个因素，但不是唯一因素，所以B错；自发反应不一定ΔS>0，故D错。

6、【答案】C 【解析】体系有序性越低，熵值越大。

7、【答案】A【解析】根据焓变与熵变对化学反应的共同影响，若ΔH—TΔS<0，反应能自发进行，焓变小于0而熵变大于0的反

应肯定是自发的。

8、【答案】D【解析】A、B、C均为吸热反应，吸热反应不易自发进行。

9、【答案】C【解析】自发过程的本质判断标准是ΔH—TΔS<0，它是受温度这一外界条件影响的，不总是一成不变的。

10、【答案】BD【解析】同一物质的熵与其聚集状态有关：S(g)>S(1)>S(s)，A错；C项气体体积减小，熵变小于零，B、D项

是气体体积增大的反应，熵变大于零。

11、【答案】D

12、【答案】A

13、【答案】D

14、【答案】B

15、【答案】D

16、【答案】C 【解析】湿衣服经过晾晒变干和硝酸铵溶于水都是自发过程，该过程虽然吸收热量，但熵值增大，熵增效应超过

了能量效应；100℃时水蒸气凝结成水是自发过程，因为该过程释放了能量，使体系能量降低，符合题意；D项中反应是吸热反应，同时又是熵增反应，熵增效应同样超过了能量效应，不能只根据焓变来判断反应进行的方向。

17、【答案】B

18、【答案】A

19、【答案】A

20、【答案】AB【解析】Fe3＋氧化性强于I2，Fe3＋与I－不共存；Cl2氧化性>Fe3＋，故D不发生。

21、【答案】(1)放出(2)因为化合时ΔH>0，ΔS<0，ΔH－TΔS>0，故反应不能自发进行(3)①②③

22、【解析】本题涉及图象的分析及化学平衡的移动和反应进行的方向等知识点。反应Ⅰ中恒压下温度升高，α(A)减小，即升高

温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，ΔH<0；由p1>p2知恒定温度时压强越大，α(A)越大，即增大压强平衡向右移动，说明此反应为气体分子数减少的反应(a＋b>c)，即为熵减反应，ΔS<0。放热、熵减反应只能在低温下自发进行。反应Ⅱ中T2温度下反应先达到平衡状态，说明T2>T1；温度越高，平衡时C的物质的量越小，即升高温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，ΔH<0。反应Ⅲ中同一温度下，增加B的物质的量，平衡向右移动，φ(C)增大，但当B的物质的量达到一定程度后，对C的稀释作用会大于平衡右移对C的影响，φ(C)又减小，出现如图所示的曲线。若T2>T1，温度越高φ(C)越小，即升高温度平衡向左移动，则正反应为放热反应，ΔH<0。反应Ⅳ中在恒温下压强变化对α(A)没有影响，说明压强变化不能影响平衡，此反应为气体分子数不变的反应(a＋b＝c)，反应过程中熵变很小，ΔS≈0，若T1>T2，恒压下温度越高α(A)越大，说明升高温度平衡向右移动，正反应为吸热反应，ΔH>0，则ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。

【答案】(1)放热减少低温(2)<放热(3)放热(4)不能自发进行。

23、【答案】可行。由ΔH、ΔS、T的数据代入式子，ΔH－TΔS<0，故能自发进行。

24、【解析】ΔH1＝2ΔH2＋3ΔH3—ΔH1＝2×(－393.5kJ·mol－1)＋3×(－285.8kJ·mol－1)—(－1366.8kJ·mol－1)＝－277.6kJ·mol－1

ΔS＝161.0J·mol－1·K－1—3×130.6J·mol－1·K－1－2×5.74J·mol－1·K－1－1/2×205.3J·mol－1·K－1＝－344.93J·mol－1·K－1

ΔG＝ΔH－TΔS＝－277.6kJ·mol－1－298K×(－344.93×10－3kJ·mol－1·K－1)＝－174.8kJ·mol－1

【答案】－277.6kJ·mol－1－344.93J·mol－1·K－1－174.8kJ·mol－1