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生或在什么條件下可能發生，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生方向的判據，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呢？該如何判斷？化學反應的方向自發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地變成鐵。在給定條件下，能“自己”進行的化學反應稱為自發反應。 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進行的物理變化過程中均有著能量的變化，都是朝著系統能量降低的方向發生的。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。科學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進行的因素是反應的焓變，即放熱反應可以自發進行，而吸熱反應則不能自發進行。例如，下列反應都是放熱反應，在一定條件下，均能自發進行：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.自發反應與熵同時研究發現，有不少吸熱過程或吸熱反應也是自發過程。例如，硝酸銨溶于水是吸熱的，但常溫下能自發進行；碳酸鈣分解是吸熱反應，在常溫條件下不能自發進行，但在高溫下能自發進行。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，那就是反應后氣態生成物的分子數增加了。因為氣態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內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，科學家運用熵這個物理量來描述系統的混亂或無序程度，用符號S表示。熵值越大，系統混亂程度越大。系統的狀態發生變化，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進行。許多熵增反應在常溫.常壓下可以自發進行，有些反應則要在高溫下才可以自發進行，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進行呢？事實上有些熵減的反應在一定條件下也可以自發進行。例如：由此可見，熵變是反應能否自發進行的又一個因素，但與焓變一樣，也不能作為化學反應方向的獨立判據。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果。科學家經研究后指出，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進行的方向。即：ΔH—TΔS<0ΔH—TΔS=0ΔH—TΔS>0反應能自發進行反應達到平衡狀態反應不能自發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，化學反應自發進行的方向，則與給定的溫度條件有關。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是不能自發地化合生成NO的。但汽車在行駛時，汽油在發動機內燃燒產生高溫，當TΔS>ΔH時，吸入的空氣中的N2和O2就能自發地化合生成NO，產生氮氧化物尾氣，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。問題：（1）判斷反應在室溫下能否自發進行？（2）室溫下推動該反應自發進行的主要因素是熵變還是焓變？分析：（1）根據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進行的主要因素是反應的焓變。【核心歸納】熵和熵變的一些規律1.同種物質的S(g)>S(l)>S(s)；同類物質的摩爾質量越大，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增加，該反應的ΔS>0；若反應后氣體分子數減少，該反應的ΔS<0；若反應前后氣體分子數不變，該反應的ΔS變化很小。【必備知識基礎練】下列關于判斷過程的方向的說法正確的是(

)A.所有自發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化為金剛石是自發的化學反應

C.由能量判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適合于所有的過程

D.同一物質的固.液.氣三種狀態的熵值相同【答案】C

【解析】在給定的條件下，無須外界做功，一經引發即能自動進行的化學反應，為自發反應．從熱力學上判斷就是：△G=△H?T△S<0．

A.反應能否自發取決于焓變和熵變的復合判據，對于吸熱反應，在一定溫度下也能進行，故A錯誤；

B.C(石墨)=C(金剛石)；通常狀況下△H>0，△S<0，反應是不自發的，而且將金剛石加熱到1000℃可以變成石墨．故B錯誤；

C.△G=△H?T?△S<0時，反應能自發進行，適合于所有的過程，故C正確；

D.同一物質的固.液.氣三種狀態的熵值依次增大，故D錯誤；

故選C下列說法不正確的是(

)A.焓變是影響反應是否具有自發性的一個重要因素

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反應轉變為自發反應【答案】D

【解析】A.焓變和熵變是影響反應是否具有自發性的重要因素，故A正確；

B.冰融化的過程中，水分子由固態轉化為液態，熵值增加，故B正確；

C.鐵生銹和氫燃燒均為自發放熱過程，故C正確；

D.加催化劑不能使非自發反應轉變為自發反應，故D錯誤。

故選D。

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進行

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

C.【答案】A

【解析】A.恒溫恒壓下，△H<0且△S>0的反應，則△H?T△S<0，反應一定可以自發進行，故A錯誤；

B.物質的狀態不同熵大小不同，氣態時熵值最大，固態時熵值最小，1

mol

H2O

在不同狀態時的熵值：S[H2O(s)]<S[H2O(g)]，故B正確；

C.反應NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)在室溫下可自發進行，△G=△H?T?△S<0，△S<0，則該反應的△H<0，故下列反應在任意溫度下一定能自發進行的是(

)A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ΔH>0

【答案】D

【解析】【解答】A項，反應吸熱，ΔH>0，ΔS>0，低溫下不能自發進行，錯誤；

B項，反應ΔH<0，ΔS<0高溫下不能自發進行，錯誤；

C項，反應是吸熱反應ΔH>0，ΔS>0，低溫下不能自發進行，錯誤；

D項，反應是放熱反應ΔH<0，ΔS>0，任意溫度下能自發進行，正確。

故選D。

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

)A.低溫下能自發進行 B.高溫下能自發進行

C.任何溫度下都不能自發進行 D.任何溫度下都能自發進行【答案】C

【解析】

已知反應2CO(g)=2C(s)+O2(g)的△H>0，△S<0，所以△H?T△S>0，反應在任何溫度下都不能自發進行，故A.B.D錯誤，而C正確。

故選【關鍵能力提升練】下列反應在任意溫度下一定能自發進行的是(

)A.2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ΔH>0

【答案】D

【解析】A項，反應吸熱，ΔH>0，ΔS>0，低溫下不能自發進行，錯誤；

B項，反應ΔH<0，ΔS<0高溫下不能自發進行，錯誤；

C項，反應是吸熱反應ΔH>0，ΔS>0，低溫下不能自發進行，錯誤；

D項，反應是放熱反應ΔH<0，ΔS>0，任意溫度下能自發進行，正確。

故選D。

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

B.在1?000℃時，此反應不能自發進行

C.該反應能自發進行的最低溫度約為729℃

D.該反應能自發進行的最高溫度約為729?K【答案】A

【解析】△H=+180.50kJ/mol，△S=247.7J/(mol?K)，當△H?T△S=0時，T=180.5kJ/mol0.2477kJ/(mol?K)≈729K，即溫度高于729K時，△H?T△S<0，反應能夠自發進行，注意0℃時是273K，

A.1000℃是1273K，在此溫度下反應能夠自發進行，故A正確；

B.1000℃是1273K，在此溫度下反應能夠自發進行，故B錯誤；

C.729℃為1002K，該反應能自發進行的最低溫度約為729K，故C錯誤；

D.該反應能自發進行的最低溫度約為729K，故D錯誤。下列關于判斷過程方向的說法正確的是(

)A.所有自發進行的化學反應都是放熱反應

B.高溫高壓條件下，石墨轉化為金剛石是自發的化學反應

C.由焓判據和熵判據組合而成的復合判據，將更適合于所有的過程

D.同一物質的固.液.氣三種狀態的熵值相同【答案】C

【解析】在給定的條件下，無須外界做功，一經引發即能自動進行的化學反應，為自發反應。從熱力學上判斷就是：△G=△H?T△S<0。

A.反應能否自發取決于焓變和熵變的復合判據，對于吸熱反應，在一定溫度下也能進行，故A錯誤；

B.C(石墨)=C(金剛石)；通常狀況下△H>0，△S<0，反應是不自發的，高溫高壓條件下，石墨轉化為金剛石，要向體系中輸入能量，本質仍然是非自發的，故B錯誤；

C.△G=△H?T?△S<0時，反應能自發進行，適合于所有的過程，故C正確；

D.同一物質的固.液.氣三種狀態的熵值依次增大，故D錯誤。

故選C下列關于焓判據和熵判據說法中，不正確的是(

)A.放熱的自發過程可能是熵減小的過程，吸熱的自發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

【答案】D

【解析】A.反應自發進行的判斷依據是△H?T△S<0，自發進行的反應也需要一定條件才可以發生，放熱的自發過程，△H<0，△S可能小于0也可能大于0，所以，放熱的自發過程可能是熵減小的過程，吸熱的自發過程，△H>0，因T>0，須△H?T△S<0，取決于△S>0，所以吸熱的自發過程一定為熵增加的過程，故A正確；

B.化學反應能否自發進行，取決于焓變和熵變的綜合判據，△G=△H?T△S=?444.3+0.2801×298=?360.83小于零，能自發，故B正確；

C.在室溫下碳酸鈣的分解反應不能自發進行，△H?T△S>0，因△H>0，△S>0所以當反應溫度高到一定程度，T△S>△H，此時△H?T△S<0，反應能自發進行，故C正確；

D.化學反應能否自發進行，取決于焓變和熵變的綜合判據，當△G=△H?T△S<0時，反應才能自發進行，則放熱過程(ΔH<0)或熵增加(ΔS>0)的過程不一定是自發的，故D錯誤。

故選D。在恒壓密閉容器中，充入一定量的H2和CO2發生如下可逆反應：

CO2(1)該反應的ΔS__________0(填“>”或“<”)，該反應在_________(填“低溫”或“高溫”)條件下有利于自發進行。(2)比較T1與T2的大小關系：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為___________；若溫度不變，壓強恒定在【答案】(1)<；低溫

(2)<；該反應為放熱反應，溫度降低，反應正向移動，二氧化碳的轉化率升高，所以T1<T2

【解析】(1)根據方程式可知正反應是體積減小的放熱反應，因此該反應的ΔS<0；由于ΔG=ΔH?TΔS<0時反應自發進行，所以該反應在低溫下有利于自發進行。

(2)反應放熱，溫度降低時，平衡正向移動，二氧化碳的轉化率升高，所以T1<T2。

(3)在T1和p6初始量/mol

1

3

0

0變化量/mol?0.4

1.2

0.4

0.4平衡量/mol?0.6

1.8

0.4

0.4達到平衡時容器的體積為1.8?L，所以CO2.H2.CH3OH(g).H2O(g)初始量/mol

1

3

0

0變化量/mol

0.6

1.8

0.6

0.6平衡量/mol

0.4

1.2

0.6

0.6溫度不變，K不變，則0.6V×0.6

【學科素養拔高練】下列有關說法正確的是(

)A.體系有自發的從無序轉化為有序的傾向

B.焓變或熵變均可以單獨作為判斷反應能否自發進行的判據

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

D.放熱(△H<0)或熵增(△S>0)的過程一定是自發的【答案】C

【解析】A.體系有自發的從有序轉化為無序的傾向，即體系有自發地向混亂度增加的方向轉變的傾向，故A錯誤；

B.單一判據不夠準確，應使用綜合判據判斷反應進行的方向，故B錯誤；

C.對｜ΔH｜>｜TΔS｜的反應，用ΔH作判據所得到的結論與用ΔG判據是一致的，在這種條件下可以用ΔH作為判據，故C正確；

D.如能自發進行，取決于焓變和熵變的復合判據，應滿足△H?T?△S<0，故D錯誤。

故選C下列在常溫下能自發進行的反應，既能用焓判據解釋又能用熵判據解釋的是(

)A.HCl+NH3=

NH4Cl

B.2N【答案】C

【解析】焓判據：能量降低的反應是自發反應；熵判據：熵變大于零的反應是自發反應，據此解答。

A.HCl+NH3=NH4Cl，物質由氣態變為固態，則混亂度減小，熵值減小，根據熵判據是非自發反應，故A錯誤；

B.2NH4Cl+Ca(OH)2=?2NH3↑+CaCl2+2H2一定溫度下，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【答案】B

【解析】解：由于存在平衡nHF?(HF)n△H<0，(HF)n的存在會影響HF的相對分子質量測定，故應采取措施使平衡向左移動，減小(HF)n的含量，該反應的正反應為氣體體積減小的放熱反應，高溫低壓可以使平衡逆向移動，

故選：B。

由于存在平衡2HF?(HF)n；△H<0，(HF)n的存在會影響下列有關說法不正確的是A.其他條件一定時，平衡常數發生變化，化學平衡必定發生移動

B.某特定反應的平衡常數僅是溫度的函數

C.通常情況下，一個放熱且熵增的反應也有可能非自發進行

D.需要加熱或點燃才能進行的反應不一定是非自發反應【答案】C

【解析】A.平衡常數發生變化，一定是溫度發生了變化，溫度改變，化學平衡必定發生移動，故A正確；

B.平衡常數只與溫度有關，某特定反應的平衡常數僅是溫度的函數，故B正確；

C.通常情況下，一個放熱且熵增的反應一定能自發進行，故C錯誤；

D.需要加熱或點燃才能進行的反應不一定是非自發反應

，故D正確。

故選C。

課本里介紹的合成氨技術叫哈伯法，是德國諾貝爾化學獎獲得者哈伯發明的。其合成原理為：N2(g)?+?3H2(g)?2N

(1)下列關于工業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進行

B.因為△S<0，所以該反應一定不能自發進行

C.在高溫下進行是為了提高反應物的轉化率

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的是_______

a.容器內N2.H2.N

c.容器內壓強保持不變

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的量對工業合成氨反應的影響。實驗結果如圖所示(圖中T表示溫度，n表示H2物質的量)

①圖象中T2和T1的關系是：T2__________T1(填“>，

②a.b.c.d四點所處的平衡狀態中，反應物N

(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【答案】(1)ABCD

(2)?c

(3)①<；②?c

(4)①0.1；②逆

【解析】(1)A.B兩項：判斷自發反應是否能進行應綜合考慮焓變與熵變，選項中只考慮了其中的一項，故錯誤；

C.合成氨的反應是放熱反應，高溫下平衡逆向移動，不能提高反應物的轉化率，能加快反應速率，故錯誤；

D.使用催化劑加快反應速率是因為催化劑能降低反應的活化能，催化劑不會改變反應的△H，故錯誤；

故答案為：ABCD；

(2)a.容器內N2.H2.NH3的濃度之比等于系數比不能說明達到平衡狀態，故錯誤；

b.不同物質表示的正逆速率之比等于化學計量數之比，故錯誤；

c.隨反應進行混合氣體總物質的量減小，恒溫恒容下混合氣體的壓強隨反應進行而減小，故壓強不再改變說明到達平衡，故正確

d.混合氣體總質量不變，容器容積不變，混合氣體的密度始終不變，故錯誤；

故選c；

(3)①反應為放熱反應，溫度升高化學平衡向著吸熱方向移動，從T1

到T2

生成物氨氣的量增加，平衡正移，故T2

<T1；

故答案為：<；

②放熱反應，低溫轉化率高，T2<T1，故其他條件相同時，T2曲線上的轉化率大題T1曲線上的轉化率；

相同溫度時，H2越多，氮氣轉化率越大，故正確選項是c；

故答案為：c；

(4)①由表中數據可以知道，20min達平衡，平衡時NH3的濃度為0.20mol/L，則：

N2(g)+3H2(g)?

2NH3(g)

開始(mol/L)

0.5

1.3

0

變化

(mol/L)

0.1

0.3

0.2

平衡(mol/L)

0.4工業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3