化学选修4 化学反应原理第四节 化学反应进行的方向导学案

化学反应进行的方向

1.了解反应熵变与反应方向。

2.了解反应方向判断依据。

一、化学反应进行的方向

1. 反应熵变与反应方向：

（1）熵:物质的一个状态函数，用来描述体系的混乱度，符号为S.  单位：J•••mol-1•K-1

（2）体系趋向于有序转变为无序，导致体系的熵增加，这叫做熵增加原理，也是反应方向判断的依据。.

（3）同一物质，在气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小。即S(g)〉S(l)〉S(s)

（4）方程式中气体计量数增大的方向就是熵增的方向。

2. 反应方向判断依据

 在温度、压强一定的条件下，化学反应的判读依据为：

 ΔH-TΔS〈0       反应能自发进行

ΔH-TΔS=0        反应达到平衡状态

ΔH-TΔS〉0       反应不能自发进行

注意：（1）ΔH为负，ΔS为正时，任何温度反应都能自发进行

     （2）ΔH为正，ΔS为负时，任何温度反应都不能自发进行

知识点一：反应熵变与反应方向

例1. 下列说法正确的是（   ）

   A. 放热反应不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. 反应速率快的一定是自发进行的

解析：A正确。放热反应，能量降低不一定是自发进行的。B不正确。反应的方向必须根据能量变化和熵值变化综合判断。C不正确。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。例如：石墨转化为金刚石的反应，反应在高温高压下是可以自发进行的，但条件比较苛刻。D不正确。反应的自发性用于判断过程的方向，与反应快慢无关。

答案：A

  例2. 能用能量判据判断下列过程的方向的是（   ）

  A. 水总是自发地由高处往低处流

B. 放热反应容易自发进行 ，吸热反应不能自发进行

C. 有序排列的火柴散落时成为无序排列

D. 多次洗牌以后，扑克牌的毫无规律的混乱排列的几率大

解析：A。水总是自发地由高处往低处流，有趋向于最低能量状态的倾向。B。吸热反应也可以自发进行，例如，在25℃和时，，△H

，△H=。

不难看出，上述两个反应都是吸热反应，又都是熵增的反应，显然只根据焓变来判断反应进行的方向是不全面的。C有序排列的火柴散落时成为无序排列，有趋向于最大混乱度的倾向，属于熵判据。D扑克牌的无序排列也属于熵判据。

答案：A

  例3. 对于化学反应方向的确定，下列说法正确的是（   ）

  A. 在温度、压力一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向

B. 温度、压力一定时，放热的熵增加反应一定能自发进行

C. 反应焓变是决定反应能否自发进行的唯一因素

D. 固体的溶解过程与焓变有关

解析：△H-T△S<0，常温、常压下反应能自发进行，所以焓变和熵变是一定温度下化学反应能否自发进行的复合判据，所以A正确，C不正确。放热反应的焓变小于零，熵增加反应熵变大于零，都对△H-T△S<0做出贡献。显然，放热的熵增加反应一定能自发进行，所以B正确。固体的溶解过程，体系的混乱度增大，它是熵增加的过程，所以D不正确。

答案：AB

 知识点二：反应方向判断依据

 例4. 下列反应中，在高温下不能自发进行的是（   ）

  A.  

B.

C.

D.

解析：A、B、C、D都是分解反应，都是吸热反应△H>0。B、C、D三个反应又都是熵增加的反应，所以有可能自发进行，A是熵减小的反应，在高温下一定不能自发进行。

答案：A

 例5. 高温时空气中的和会反应生成NO而污染大气：。试通过计算说明在1200℃的条件下，此反应能否正向自发进行？估算自发进行的最低温度是多少？（已知△H=，△S=）。

解析：1200℃=1473K。

（1）由化学反应能否自发进行的判据△H-T△S可知，

若△H-T△S<0，反应能自发进行

若△H-T△S=0，反应达到平衡状态

若△H-T△S>0，反应不能自发进行

该反应的△H-T△S=

<0

所以，该反应在1200℃时能自发进行。

（2）反应要自发进行，必须△H-T△S<0。

即

反应自发进行的最低温度：

。

答案：（1）1200℃能自发进行（2）自发进行的最低温度是

 例6. 当铁丝加热后放入氧气中可观察到的现象是_____________，说明这个反应是_____________反应（填“吸热”或“放热”），说明单质铁的稳定性_____________（填“强”或“弱”）于产物。

解析：铁丝加热后放入氧气中，可以发生反应，因为反应放出大量的热，使铁丝产生红热现象，最后燃烧，火星四射，生成黑色的。反应后生成的比铁单质更稳定。

答案：铁丝红热、火星四射、有黑色固体生成；放热；弱

【基础演练】

1. 碳铵在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是（   ）

   A. 碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大

B. 碳铵分解是因为外界给予了能量

C. 碳铵分解是吸热反应，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

答案：A

2. 已知反应的△H为正值，△S为负值。设△H和△S不随温度而变，下列说法中正确的是（   ）

   A. 低温下是自发变化

B. 高温下是自发变化

C. 低温下是非自发变化，高温下是自发变化

D. 任何温度下都是非自发变化

答案：D

3. 考察下述自然界的一些自发变化，可发现它们有一些共同的特点。下列说法不正确的是（   ）

  A. 都有一定的方向性，按某一物理量标度由高到低自发进行

B. 都可以用来做功，自发过程一旦发生后体系做功的本领就会降低

C. 有一定的进行限度，自发过程总是单向地趋向于非平衡状态

D. 有一定的数据差来判断自发变化能否发生

答案：C

4. 往平底烧瓶中放入氢氧化钡晶体和氯化铵晶体，塞紧瓶塞。在木板上滴少量水，如图所示，一会儿就会发现瓶内固态物质变成液体，瓶壁变冷，小木板上因少量水冻结，而被烧瓶粘住，这时找开瓶塞，出来的气体有氨味。这是自发地发生了反应

下列结论中正确的是

  A. 自发反应一定是放热反应

B. 自发反应一定是吸热反应

C. 有的吸热反应也能自发进行

D. 吸热反应不能自发进行

答案：C

5. 在温度、压强一定的条件下，化学反应方向的判据为：

 （1）△H-T·△S<0，反应为______________。

 （2）△H-T·△S=0，反应为______________。

 （3）△H-T·△S>0，反应为______________。

答案：（1）能自发进行      （2）达到平衡状态     （3）不能自发进行

6. 通过计算判断反应在25℃时能不能自发进行。（已知，）

答案：反应不能自发进行

7. 计算并判断的分解反应在100℃时能否自发进行？（已知：在100℃，1大气压下，此反应的△H，△S=）

答案：不能自发进行

8. 高炉炼铁常用焦炭还原三氧化二铁得到生铁。请运用所学知识判断用焦炭还原氧化铝的可能性。已知298K下反应：

     △S=

答案：△H-T△S=，反应不能自发进行

【巩固提高】

9．在酸性溶液中，碘酸钾(KIO3)和亚硫酸钠可发生如下反应：

2IO＋5SO＋2H＋===I2＋5SO＋H2O

生成的碘可以用淀粉溶液检验，根据反应溶液出现蓝色所需的时间来衡量该反应的速率。某同学设计实验如下表所示：

(1)碘酸钾与亚硫酸钠的反应是________________(填反应类型)。

(2)该实验的目的是①_______________________________；②______________________。

(3)表中V2＝__________mL，V1＝__________mL。

(4)t1______t2________t3(填“<”、“>”或“＝”)。

答案：(1)氧化还原反应

(2)①探究温度对反应速率的影响　②探究Na2SO3的浓度对反应速率的影响

(3)40　10　(4)<　<

10．Ⅰ.硫酸生产中，SO2催化氧化生成SO3：

2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g)　ΔH＜0

某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如下图所示。根据图示回答下列问题：

(1)将2.0 mol SO2和1.0 mol O2置于10 L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 MPa。该反应的平衡常数等于__________________。(不需要写表达式)

(2)平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)____K(B)(填“＞”、“＜”或“＝”)。

(3)此反应在恒温密闭的装置中进行，能充分说明此反应已达到平衡的标志是____________(填字母)。

A．接触室中气体的平均相对分子质量不再改变

B．接触室中SO2、O2、SO3的浓度相同

C．接触室中SO2、SO3的物质的量之比为2∶1∶2

D．接触室中压强不随时间变化而变化

Ⅱ.已知工业制氢气的反应为CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)，反应过程中能量变化如下图所示。在500 ℃时的平衡常数K＝9。若在2 L的密闭容器中CO和水蒸气的起始浓度都是0.1 mol/L，10 min时达到平衡状态。

(4)增加H2O(g)的浓度，CO的转化率将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(5)平衡常数的表达式K＝__________。400 ℃时平衡常数K________9(填“>”、“<” 或“＝”)。

(6)已知2H2(g)＋O2(g) 2H2O (g)　ΔH＝－484 kJ/mol。结合上图写出CO完全燃烧生成CO2的热化学方程式：_______________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案：(1)800 L/mol　(2)＝　(3)AD　(4)增大

(5)　＞

(6)CO(g)＋1/2 O2(g)===CO2(g)　ΔH ＝－283 kJ/mol

1. 吸热反应一定是（    ）

     A. 非自发的化学反应                       

B. 释放能量

C. 贮存能量                               

D. 反应需要加热

答案：C

2. 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

 答案：A

3. 下列反应中，熵显著增加的反应是（    ）

   A.

B.

C.

D.

 答案：BD

4. 已知方程式△H=，则关于方程式“”的说法正确的是（    ）

    A. 方程式中化学计量数表示分子数

B. 该反应△H大于零

C. 该反应△H=

D. 该反应可表示36g水分解时的热效应

 答案：B

 5. 下列说法不正确的是（    ）

   A. 铁生锈、氢燃烧均为自发放热过程

B. 冰融化过程其熵值增加

C. 无热效应的自发过程是不存在的

D. 同一物质固态时熵值最小

 答案：C

 6. 下列过程属于熵增加的是（    ）

   A. 一定条件下，水由气态变为液态

B. 高温高压条件下使石墨转化为金刚石

C.

D. 散落的火柴的无序排列

 答案：CD

 7. 下列对熵的理解不正确的是（    ）

   A. 同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小

B. 体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大

C. 与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小

D. 25℃、时，是熵增的反应

 答案：C

8. 下列过程是非自发的是（    ）

   A. 水由高处向低处流

B. 天然气的燃烧

C. 铁在潮湿空气中生锈

D. 室温下水结成冰

答案：D

_________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________

1．下列可逆反应达到平衡后，加压或升高温度可使平衡向逆反应方向移动的是(　　)

A．A2(g)＋B2(g) 2AB(g)　ΔH＜0

B．4NH3(g)＋5O2(g) 4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＜0

C．W(g) Z(g)　ΔH＜0

D．2SO3(g) 2SO2(g)＋O2(g)　ΔH＞0

答案：B

2．金属钾和金属钠的金属性相近，但K比Na略强，当利用金属钠与KCl共熔制金属钾时，发现钾与钠的共熔体难以分离，如调整温度到一定程度，则可利用钠与KCl反应制取K，下面是四种物质的熔沸点：

根据平衡移动原理，可推知用Na与KCl反应制取金属钾的适宜温度是(　　)

A．低于770 ℃      B．850 ℃

C．高于882.9 ℃        D．1 413 ℃～1 500 ℃

答案：B

3．在一定体积的密闭容器中，进行如下的化学反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，其＝K，K被称为化学平衡常数，其中K和温度的关系如下表：

根据以上信息推断以下说法正确的是(　　)

A．此反应为放热反应

B．此反应只有达到平衡时，密闭容器中的压强才不会变化

C．此反应达到1 000 ℃时的反应速率比700 ℃时大

D．该反应的化学平衡常数越大，反应物的转化率越低

答案：C　

4．一定条件下，在密闭容器中发生如下反应：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)，若开始时只充入a mol CH3OH蒸气，达到平衡时，混合物的压强比起始时增大了70%；若开始时充入a mol CO和2a mol H2的混合气体，达到平衡时H2的转化率为(　　)。

A．30%     B．35%     C．65%     D．70%

答案：C　

5．在密闭容器中，一定条件下，进行如下反应：NO(g)＋CO(g) N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－373.2 kJ/mol，达到平衡后，为提高该反应的速率和NO的转化率，采取的正确措施是(　　)

A．加催化剂同时升高温度

B．加催化剂同时增大压强

C．升高温度同时充入N2

D．降低温度同时增大压强

答案：B

6．一定条件下，在密闭容器中，能表示反应：X(g)＋2Y(g) 2Z(g)一定达到化学平衡状态的是(　　)

①X、Y、Z的物质的量之比为1∶2∶2；②X、Y、Z的浓度不再发生变化；③容器中的压强不再发生变化；④单位时间内生成n mol Z，同时生成2n mol Y。

A．①②    B．①④     C．②③    D．③④

答案：C　

7．可逆反应mA(s)＋ nB(g) qC(g)在一定温度的密闭容器中进行，体系达到平衡时，B的体积分数(VB%)与压强的关系如下图所示。下列叙述正确的是(　　)

A．m＋n＜q       

B．n＞q

C．n＜q

D．x点时v正＞v逆

答案：CD

8．对于可逆反应：2A(g)＋B(g) 2C(g)　ΔH＜0，下列各图正确的是(　　)

答案：BD

9．(2015年海淀期末)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  △H<0。当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是 （    ）   

① 降温   ② 恒压通入惰性气体   ③ 增加N2的浓度   ④ 加压         

A．①④               B．①②              C．②③            D．③④

答案：A

10. (2015年西城期末)在不同温度下，向2 L密闭容器中加入1 mol NO和1 mol活性炭，发生反应：
2NO(g)＋C(s)N2(g)＋CO2(g)  ΔH＝﹣213.5 kJ/mol，达到平衡时的数据如下：

下列说法不正确的是（    ）

A．上述信息可推知：T1＜T2

B．T1℃时，该反应的平衡常数K＝9/16

C．T2℃时，若反应达平衡后再缩小容器的体积，c (N2) :c (NO)不变

D．T1℃时，若开始时反应物的用量均减小一半，平衡后NO的转化率减小

答案：D