考點04 化學反應的方向-2022-2023學年上海市高二化學同步考點歸納與測試（滬科版2020選擇性必修1）（原卷版）

考點04化學反應的方向【核心考點梳理】判定一個化學反應在指定條件下能否發(fā)生或在什么條件下可能發(fā)生，這就是化學反應的方向問題。如果能從理論上找到一個化學反應發(fā)生方向的判據(jù)，人們就可以更科學地設計化學反應路線，避免盲目實驗所造成的浪費，這對科學研究和生產(chǎn)實踐都具有十分重要的意義。那么化學反應的方向與哪些因素有關(guān)呢？該如何判斷？化學反應的方向自發(fā)反應室溫下冰塊會逐漸融化，高處的物體會自然下落，這些都證明自然界中發(fā)生的變化具有一定的方向性，化學反應也具有方向性。例如，氫氧化鈉與硫酸能反應生成硫酸鈉和水，而硫酸鈉和水不會自發(fā)地生成氫氧化鈉和硫酸。暴露在潮濕空氣中的鐵會生銹，但在相同條件下鐵銹卻不能自發(fā)地變成鐵。在給定條件下，能“自己”進行的化學反應稱為自發(fā)反應。 二.化學反應的方向與焓變1.化學反應的方向與焓變自然界中許多自發(fā)進行的物理變化過程中均有著能量的變化，都是朝著系統(tǒng)能量降低的方向發(fā)生的。吸熱反應與放熱反應化學反應中同樣也伴隨著能量的變化?？茖W家曾分析了大量化學反應及其焓變后，認為決定化學反應能否自發(fā)進行的因素是反應的焓變，即放熱反應可以自發(fā)進行，而吸熱反應則不能自發(fā)進行。例如，下列反應都是放熱反應，在一定條件下，均能自發(fā)進行：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔH=—572kJ·mol—1ΔH=—822kJ·mol—1ΔH=—464kJ·mol—12.自發(fā)反應與熵同時研究發(fā)現(xiàn)，有不少吸熱過程或吸熱反應也是自發(fā)過程。例如，硝酸銨溶于水是吸熱的，但常溫下能自發(fā)進行；碳酸鈣分解是吸熱反應，在常溫條件下不能自發(fā)進行，但在高溫下能自發(fā)進行。CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH(1200K)=179kJ·mol—1顯然，反應的焓變是反應能否自發(fā)進行的一個因素，但不是唯一的因素。（1）高于621K：NH4Cl(s)=NH3(g)+HCl(g)（2）高于324K：N2O4(g)=2NO2(g)（3）常溫下：Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)=BaCl2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)以上三個反應除了都是吸熱反應，它們還有一個共同特點，那就是反應后氣態(tài)生成物的分子數(shù)增加了。因為氣態(tài)分子能在更大的空間范圍運動，所以上述化學反應導致了系統(tǒng)內(nèi)分子運動的混亂程度增大了。例如一副撲克牌，未開封時此時撲克牌的混亂程度最低，當打開打撒之后混亂程度大大增加，而對于化學反應而言，3.熵增與熵減對于一個由大量粒子組成的系統(tǒng)，科學家運用熵這個物理量來描述系統(tǒng)的混亂或無序程度，用符號S表示。熵值越大，系統(tǒng)混亂程度越大。系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化，熵值也隨之變化，變化前后熵的差值稱為熵變，用ΔS表示，單位是J·K—1·mol—1。化學反應也存在著熵變，反應過程的ΔS等于生成物的熵與反應物熵的差值。ΔS>0為熵增反應，ΔS<0為熵減反應，如水的分解就是熵增反應。2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)ΔS=57J·K—1·mol—1熵增加有利于反應的自發(fā)進行。許多熵增反應在常溫.常壓下可以自發(fā)進行，有些反應則要在高溫下才可以自發(fā)進行，如碳酸鈣的分解反應。CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔS=160J·K—1·mol—1是不是只有熵增的反應才能自發(fā)進行呢？事實上有些熵減的反應在一定條件下也可以自發(fā)進行。例如：由此可見，熵變是反應能否自發(fā)進行的又一個因素，但與焓變一樣，也不能作為化學反應方向的獨立判據(jù)。4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)ΔS=—278J·K—1·mol—1

Fe2O3(s)+2Al(s)=2Fe(s)+Al2O3(s)ΔS=—38J·K—1·mol—1三.焓變與熵變對反應方向的共同影響在溫度和壓強一定的條件下，化學反應方向是反應的焓變和熵變共同影響的結(jié)果?？茖W家經(jīng)研究后指出，在溫度和壓強一定的條件下，可以將兩個因素以能量的形式組合在一起，當非體積功為零時，可以用ΔH—TΔS來判斷化學反應自發(fā)進行的方向。即：ΔH—TΔS<0ΔH—TΔS=0ΔH—TΔS>0反應能自發(fā)進行反應達到平衡狀態(tài)反應不能自發(fā)進行如果反應的焓變小于零，反應的熵變大于零，那么在任何溫度下ΔH—TΔS都小于零，因此反應能自發(fā)進行。如果反應的焓變大于零，反應的熵變小于零，那么在任何溫度下ΔH—TΔS都大于零，所以反應不能自發(fā)進行。當焓變和熵變的影響相反時，如吸熱和熵增的反應或放熱和熵減的反應，化學反應自發(fā)進行的方向，則與給定的溫度條件有關(guān)。例如，反應N2(g)+O2(g)=2NO(g)的ΔH=183kJ·mol—1.ΔS=25J·K—1·mol—1，在通常情況下空氣中N2和O2是不能自發(fā)地化合生成NO的。但汽車在行駛時，汽油在發(fā)動機內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫，當TΔS>ΔH時，吸入的空氣中的N2和O2就能自發(fā)地化合生成NO，產(chǎn)生氮氧化物尾氣，污染空氣。四.例題引導合成氨反應：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH=—92kJ·mol—1；ΔS=—198J·K—1·mol—1該反應的焓變和熵變隨溫度變化很小，可視為常數(shù)。問題：（1）判斷反應在室溫下能否自發(fā)進行？（2）室溫下推動該反應自發(fā)進行的主要因素是熵變還是焓變？分析：（1）根據(jù)ΔH—TΔS=—92kJ·mol—1+198×10—3kJ·K—1·mol—1×298K=—33kJ·mol—1<0，所以該反應在室溫下能自發(fā)進行。（2）合成氨反應是一個放熱和熵減的反應，所以室溫下推動該反應自發(fā)進行的主要因素是反應的焓變?！竞诵臍w納】熵和熵變的一些規(guī)律1.同種物質(zhì)的S(g)>S(l)>S(s)；同類物質(zhì)的摩爾質(zhì)量越大，熵越大，如甲烷的熵小于乙烷。2.對于有氣體參加的反應，若反應后氣體分子數(shù)增加，該反應的ΔS>0；若反應后氣體分子數(shù)減少，該反應的ΔS<0；若反應前后氣體分子數(shù)不變，該反應的ΔS變化很小?！颈貍渲R基礎練】下列關(guān)于判斷過程的方向的說法正確的是(

)A.所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱反應

B.高溫高壓下可以使石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學反應

C.由能量判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù)，將更適合于所有的過程

D.同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同下列說法不正確的是(

)A.焓變是影響反應是否具有自發(fā)性的一個重要因素

B.冰融化的過程中，熵值增加

C.鐵生銹和氫燃燒均為自發(fā)放熱過程

D.可以通過改變溫度或加催化劑的辦法使非自發(fā)反應轉(zhuǎn)變?yōu)樽园l(fā)反應下列說法不正確的是(

)A.恒溫恒壓下，△H<0且△S>0的反應一定不能自發(fā)進行

B.1?mol?H2O在不同狀態(tài)時的熵值：S[H2O(s)]<S[H2O(g)]

C.下列反應在任意溫度下一定能自發(fā)進行的是(

)A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ΔH>0

已知反應2CO(g)=2C(s)+O2(g)的△H>0，△S<0，下列正確的是(

)A.低溫下能自發(fā)進行 B.高溫下能自發(fā)進行

C.任何溫度下都不能自發(fā)進行 D.任何溫度下都能自發(fā)進行【關(guān)鍵能力提升練】下列反應在任意溫度下一定能自發(fā)進行的是(

)A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ΔH>0

閃電時空氣中的N2和O2會發(fā)生反應：N2(g)+O2(g)?A.在1000℃時，此反應能自發(fā)進行

B.在1?000℃時，此反應不能自發(fā)進行

C.該反應能自發(fā)進行的最低溫度約為729℃

D.該反應能自發(fā)進行的最高溫度約為729?K下列關(guān)于判斷過程方向的說法正確的是(

)A.所有自發(fā)進行的化學反應都是放熱反應

B.高溫高壓條件下，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是自發(fā)的化學反應

C.由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合而成的復合判據(jù)，將更適合于所有的過程

D.同一物質(zhì)的固、液、氣三種狀態(tài)的熵值相同下列關(guān)于焓判據(jù)和熵判據(jù)說法中，不正確的是(

)A.放熱的自發(fā)過程可能是熵減小的過程，吸熱的自發(fā)過程一定為熵增加的過程

B.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)

ΔH=?444.3?kJ·mol?1

在恒壓密閉容器中，充入一定量的H2和CO2發(fā)生如下可逆反應：

CO2(1)該反應的ΔS__________0(填“>”或“<”)，該反應在_________(填“低溫”或“高溫”)條件下有利于自發(fā)進行。(2)比較T1與T2的大小關(guān)系：T1_________T2(填“<”“=”或“>(3)在T1和p6的條件下，向密閉容器中充入3?mol?H2和1?mol?CO2，該反應在第5?min時達到平衡，此時容器的體積為1.8?L，則該反應在此溫度下的平衡常數(shù)為___________；若溫度不變，壓強恒定在

【學科素養(yǎng)拔高練】下列有關(guān)說法正確的是(

)A.體系有自發(fā)的從無序轉(zhuǎn)化為有序的傾向

B.焓變或熵變均可以單獨作為判斷反應能否自發(fā)進行的判據(jù)

C.若用ΔH作判據(jù)所得到的結(jié)論與用復合判據(jù)ΔH?TΔS是一致的，在這種條件下可以用ΔH作為判據(jù)

D.放熱(△H<0)或熵增(△S>0)的過程一定是自發(fā)的下列在常溫下能自發(fā)進行的反應，既能用焓判據(jù)解釋又能用熵判據(jù)解釋的是(

)A.HCl+NH3=

NH4Cl

B.2N一定溫度下，HF分子容易雙聚或多聚：nHF(g)?(HF)n(g)△H<0.欲測定HF的相對分子質(zhì)量，最適合的條件是A.低溫高壓 B.高溫低壓 C.低溫低壓 D.高溫高壓下列有關(guān)說法不正確的是A.其他條件一定時，平衡常數(shù)發(fā)生變化，化學平衡必定發(fā)生移動

B.某特定反應的平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)

C.通常情況下，一個放熱且熵增的反應也有可能非自發(fā)進行

D.需要加熱或點燃才能進行的反應不一定是非自發(fā)反應課本里介紹的合成氨技術(shù)叫哈伯法，是德國諾貝爾化學獎獲得者哈伯發(fā)明的。其合成原理為：N2(g)?+?3H2(g)?2N

(1)下列關(guān)于工業(yè)合成氨的說法不正確的是_______

A.因為△H<0，所以該反應一定能自發(fā)進行

B.因為△S<0，所以該反應一定不能自發(fā)進行

C.在高溫下進行是為了提高反應物的轉(zhuǎn)化率

D.使用催化劑加快反應速率是因為催化劑降低了反應的△H

(2)在恒溫恒容密閉容器中進行合成氨的反應，下列能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是_______

a.容器內(nèi)N2、H2、NH3的濃度之比為1

c.容器內(nèi)壓強保持不變

d.混合氣體的密度保持不變

(3)某科研小組研究：在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對工業(yè)合成氨反應的影響。實驗結(jié)果如圖所示(圖中T表示溫度，n表示H2物質(zhì)的量)

①圖象中T2和T1的關(guān)系是：T2__________T1(填“>，

②a、b、c、d四點所處的平衡狀態(tài)中，反應物N2的轉(zhuǎn)化率最高的是______(填字母)

(4)恒溫下，往一個4L的密閉容器中充入5.2mol?H2和2mol?N時間/min51015202530c(N0.080.140.180.200.200.20

①此條件下該反應的化學平衡常數(shù)K=___________。

②若維持容器體積不變，溫度不變，往原平衡體系中加入H2、N2和NH3各4mol，化學平衡將向_______反應方向移動工業(yè)煉鐵過程中涉及到的主要反應有：ⅰ.C(s)+O2(g)=CO2(g)ⅲ.Feⅳ.2Fe(1)反應ⅳ自發(fā)進行的條件是__________(填“高溫”或“低溫”)。(2)ΔH3=(3)T1時，向10L恒容密閉容器中加入3mol?Fe2O3和3mol?CO發(fā)生反應ⅲ，①0～5min內(nèi)用CO2表示的平均反應速率為__________②該溫度下反應的平衡常數(shù)為____________________。③若將平衡后的混合氣體通入1L?3.6?mol/L的NaO