【学案导学设计】2014-2015学年高中化学 2.1 化学反应的方向（第
2课时）同步讲练 鲁科版选修4
[学习目标定位] 知道自发过程和自发反应的主要特点，知道焓判据、熵判据的含义，会用焓变和熵变判断反应进行的方向。
1．根据是否有外力作用，过程可分为自发过程和非自发过程。自发过程是在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。回答下列问题： (1)下列现象的发生，你认为是自发过程的是(AB) A．水由高处往低处流 B．气温升高冰雪融化 C．室温下，水自动结成冰 D．生锈的铁变光亮 (2)自发过程具有的特点
①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。 ②在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。
2．有下列化学反应：①白磷自燃、②氯化氢分解、③煤燃烧、④钠与水反应、⑤酸碱中和反应，其中属于能自发进行的化学反应(简称自发反应)的是①④⑤，属于放热反应的是①③④⑤。
3．自发过程和自发反应
自发过程 自发反应 在温度和压强一定的条件下，在给定的一组条件下，可以自含义 不用借助外力作用就能自发进行的过程 具有方向性，即反应的某个方特征 向在一定条件下是自发的，而其逆方向在该条件下是肯定不能自发进行的 举例 高山流水，自由落体运动 钢铁生锈 发进行到显著程度的化学反应 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池 应用 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 - 1 -
探究点一 化学反应进行的方向与焓变、熵变的关系 1．化学反应进行的方向与焓变的关系 (1)根据下图，回答有关问题。
①图1表示的反应释放能量，为放热反应，体系能量由高到低，趋向稳定，该过程一般能自发进行。
②图2表示的反应吸收能量，为吸热反应，体系能量由低到高，趋向不稳定，根据自发过程的特点，该反应一般不能自发进行。
(2)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系：
①NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)，酸碱中和反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。
②2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)，该反应是放热反应，ΔH<0，常温下能自发进行。 ③NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l) ΔH>0，该反应在常温下能自发进行。
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0，该反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。
(3)自发反应与焓变的关系
多数自发进行的化学反应是放热反应，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。 2．化学反应进行的方向与熵变的关系 (1)熵的概念
自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的不规则或无序状态程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。
(2)影响熵大小的因素
①同一条件下，不同的物质熵值不同。
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②同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为
S(g)>S(l)>S(s)。
(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，这个原理叫做熵增原理。在用熵变来判断反应进行的方向时，就称为熵判据。
①当ΔS>0时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行。 ②当ΔS<0时，反应为熵减反应，在一定条件下不能自发进行。
(4)反应熵变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s) ΔS＝－39.35 J·mol·K，该反应为熵减小的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行，说明“熵判据”也具有一定的局限性。 [归纳总结]
从能量角度(即焓变)看，化学反应有趋向于最低能量状态的倾向，而从熵变角度看，化学反应呈现最大混乱度的倾向，在实际的化学变化中，ΔH与ΔS倾向有时会出现矛盾，因此，在分析一个具体化学反应自发进行的方向时，不能孤立地使用焓判据或熵判据来分析，否则，可能会得出错误的结论。 [活学活用]
1．下列关于焓变与反应方向的叙述中正确的是( ) A．化学反应的焓变与其反应的方向无关 B．化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C．反应焓变为正值时不利于反应自发进行 D．焓变为负值的反应都能自发进行 答案 C
解析 可逆反应的两个反应其焓变的数值相等，但是符号(变化趋势)相反，故A项错误；焓变对反应方向有直接影响，但不能决定反应进行的方向，B项错误；焓变为负值的反应多数能自发进行，但有的也不是自发反应，D项错误；焓变为正值，其内能增加，体系能量升高，不利于反应自发进行，C项正确。
2．汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，其反应原理是2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)。由此可知，下列说法中正确的是( ) A．该反应是熵增大的反应
B．该反应不能自发进行，因此需要合适的催化剂
C．该反应常温下能自发进行，高温和催化剂条件只是加快反应的速率 D．该反应常温下能自发进行，因为正反应是吸热反应 答案 C
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解析 只使用催化剂便可使尾气发生转化，故此反应能自发进行；因反应是气体物质的量减小的反应，故熵减小；因熵减小不利于反应自发，故自发进行的原因是反应放热。 探究点二 焓变与熵变对反应方向的共同影响 1．用焓变和熵变的复合判据判断反应的方向
(1)由焓判据知放热反应是易进行的；由熵判据知熵值增加有利于反应的自发进行。很多情况下用不同的判据判定同一个反应时，可能会出现相反的判断结果。
(2)复合判据是ΔH－TΔS。即综合考虑焓变和熵变对体系的影响，判断反应进行的方向。 (3)在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。
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
2．下列反应在常温常压下能自发进行的是________。 (1)2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)
ΔH＝－78.03 kJ·mol ΔS＝494.4 J·mol·K 1
(2)CO(g)===C(s，石墨)＋O2(g)
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ΔH＝110.5 kJ·mol ΔS＝－89.36 J·mol·K
(3)4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH＝－444.3 kJ·mol ΔS＝－280.1 J·mol·K
(4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)
ΔH＝178.2 kJ·mol ΔS＝169.6 J·mol·K 答案 (1)(3)
解析 (1)ΔH－TΔS＝－78.03 kJ·mol－298 K×494.4×10 kJ·mol·K≈－225.36 kJ·mol<0。常温常压下该反应能自发进行。
(2)ΔH－TΔS＝110.5 kJ·mol－298 K×(－89.36×10 kJ·mol·K)≈137.13 kJ·mol
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>0。常温常压下该反应不能自发进行。
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(3)ΔH－TΔS＝－444.3 kJ·mol－298 K×(－280.1×10 kJ·mol·K)≈－360.83 kJ·mol<0。此时焓变对反应的方向起决定性作用，常温常压下该反应能自发进行。 (4)ΔH－TΔS＝178.2 kJ·mol－298 K×169.6×10 kJ·mol·K≈127.7 kJ·mol>0。常温常压下该反应不能自发进行。 [归纳总结]
1．复合判据判断反应方向的有关规律
(1)若ΔH<0，ΔS>0，则反应一定能自发进行。
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(2)若ΔH>0，ΔS<0，则反应一定不能自发进行。
(3)当ΔH>0，ΔS>0或ΔH<0，ΔS<0时，反应能否自发进行与温度有关，一般低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主。
2．反应发生的条件有多种，ΔH－TΔS这个判据只能用于温度、压强一定条件下的反应，不能用于其他条件(如温度、体积一定)下的反应。
3．反应的自发性只能判断方向性，反应能否实现，还要看具体的反应条件。 [活学活用]
3．下列说法正确的是( )
A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g) ΔH＝185.57 kJ·mol，能自发进行，原因是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，因此焓变和熵变均可以单独作为反应自发性的判据
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 答案 B
解析 A项错误，有些能使熵值增大的吸热反应可以自发进行；C项错误，应利用复合判据进行判断；D项中使用催化剂只能降低反应的活化能，增大反应速率，但不能改变反应进行的方向。
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1．下列说法中不正确的是( ) A．体系有序性越高，熵值就越低 B．自发过程可以导致体系的熵增大 C．吸热反应不可以自发进行 D．同种物质气态时熵值最大 答案 C
2．碳铵(NH4HCO3)在室温下就能自发地分解产生氨气，下列有关说法中正确的是( ) A．碳铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大
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