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专题2 化学反应速率与化学平衡
第二单元 化学反应的方向和限度
化学反应的方向
［课标要求］
1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。
2.了解可逆反应的含义，知道可逆反应在一定条件下能达到化学平衡。
3.认识化学平衡常数是表征反应限度的物理量，知道化学平衡常数的含义。
4.能书写平衡常数表达式，能进行平衡常数、转化率的简单计算，能利用平衡常数和浓度商的关系判断化学反应是否达到平衡及平衡移动的方向。
1．知道自发过程和自发反应的主要特点。
2．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。
【学习目标】
交流讨论
1.自然界中许多过程都有方向性，请举例说明，并找出其中的规律。
（1）体系趋向于从能量较高状态转变为能量较低状态（能量最低原理），即从不稳定状态转变为稳定状态（体系对外做功或者放出能量）
（2）体系趋向于从有序状态自发转变为无序状态（混乱度增大）
水往低处流——势能降低
常温下，冰→液态水——分子分散
低温下，液态水→冰——动能降低
氯化钠溶于水→离子分散在水中
2.许多化学反应也具有方向性，下列化学反应在什么条件下能够自发进行？
①水分解成氢气和氧气的反应
②氯气和溴化钾溶液的反应
③乙烯和溴单质的反应
④氮气和氧气生成一氧化氮的反应
有的化学反应在常温下就可以自动进行，有的反应需要一定的条件才能自动进行。
1.自发过程：在一定条件下，不借助外力而自发进行的过程。
2.自发反应：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的反应。
自发反应是指在一定条件下可以自动进行的反应。如温度、光照、催化剂、压强等条件。
有的反应正反应不是自发反应，但是逆反应是自发反应。
观察思考
下列反应在一定条件下都能自发进行，你知道这些反应能自发
的可能原因吗？
1.C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) ΔH= - 2217.5kJ·mol-1
2.2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s) ΔH= - 822kJ·mol-1
3.4Fe(s)+3O2(g)=2Fe2O3(s) ΔH= - 1648.4kJ·mol-1
4.H2(g)+F2(g)=2HF(g) ΔH= - 546.6kJ·mol-1
如何判断一个化学反应能否自发进行？
在恒压下，有些自发进行的化学反应是放热的（ΔH＜0）。
放热反应过程中体系能量降低。
该反应能自发进行的可能原因是什么？
实验探究
NH4Cl晶体与氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]混合
NH4Cl晶体与氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]混合，观察实验现象，并思考问题。
1.该反应是吸热反应还是放热反应？
2.该反应能自发进行的原因是什么？
反应焓变与化学反应的方向
（1）若ΔH<0，绝大多数反应能自发进行。
（2）并不是所有的自发反应都是ΔH<0，有的吸热过程或吸热反应也能自发进行。
观察思考
下列三个过程均吸热：
1.硝酸铵溶解：NH4NO3(s)=NH4+(aq)+NO3-(aq)
2.碳酸钙分解： CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
3.氯化铵晶体和氢氧化钡晶体的反应： 2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)
上述变化在一定条件下都能自发进行。请分析其中的原因。
有序
混乱
容易
化学反应进行方向的判断依据
分析下列过程能自发进行的可能原因：
1. 硝酸铵的溶解 NH4NO3(s)=NH4+(aq)＋NO3－(aq)
溶于水后形成水合离子，无序地分散在溶液中，即体系的混乱度增大
硝酸铵溶解前，晶体中硝酸根离子与铵根离子规则排列
化学反应进行方向的判断依据
分析下列过程能自发进行的可能原因：
2. 碳酸钙的分解 CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)
3. 氯化铵晶体与氢氧化钡晶体的反应
2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2·8H2O(s)=2NH3(g)＋BaCl2(s)＋10H2O(l)
碳酸钙分解成二氧化碳气体，
氯化铵晶体与氢氧化钡晶体反应生成氨气，气体的产生会导致体系的混乱度增大。
大多数的自发反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
熵：衡量一个体系混乱度的物理量。符号：S 单位：J·mol-1·K-1
微粒之间无规则排列的程度增大，体系的熵增大。
反应的熵变：反应前后体系熵的变化。 符号：ΔS
ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。
若化学反应为熵增（ΔS>0）反应，反应过程中反应体系的混乱度增大，在一定条件下能自发进行。
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。
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)。
1.判断下列过程的熵变（ ΔS ）大于零还是小于零。
①H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)
②CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
③NaOH(s)=Na+(aq)+OH-(aq)
④
2.下列变化过程中，ΔS<0的是（ ）
A.氯化钠溶于水中
B.NH3(g)与HCl(g)反应生成NH4Cl(s)
C.干冰的升华 D.H2O2(l)在二氧化锰催化下生成H2(g)和H2O(l)
学以致用
ΔS>0
ΔS>0
ΔS>0
ΔS<0
B
ΔS增大：
①同种物质状态s→l→g
②同种态物质的量（化学计量数）增大
3．下列对熵变的判断中不正确的是(　　)
A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0
B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0
C．气态水变成液态水：ΔS＞0
D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0
C
化学反应进行方向的判断依据
ΔS<0体系的混乱度减小，不利于反应自发进行，但有些ΔS<0的化学反应也能自发进行。
ΔS>0体系的混乱度增大，有利于反应自发进行，但自发反应不一定ΔS>0。
熵变是判断反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。
氢气在氧气中点燃生成水、氨气与氯化氢反应生成氯化铵固体等
课堂探究
已知下列热化学方程式：
Ag+(aq)+Cl-(aq)=AgCl(s) ΔH=-51.1kJ·mol-1
K(s)+H2O(l)=K+(aq)+OH-(aq)+1/2H2(g) ΔH=-196.6kJ·mol-1
2Mg(s)+O2(g)=MgO(s) ΔH=-1203.2kJ·mol-1
填写下表，判断上述过程的焓变和熵变是否有利于变化自发进行？
变 化 能否自发 焓变 熵变
CO2(s)→CO2(g)
2Mg(s)+O2(g)=MgO(s)
K(s)+H2O(l)=K+(aq)+OH-(aq)+1/2H2(g)
Ag+(aq)+Cl-(aq)=AgCl(s)
能 >0 >0
能 <0 <0
能 <0 >0
能 <0 <0
体系能量减小和混乱度增加都能促使反应自发进行，焓变和熵变共同制约着化学反应进行的方向。
焓变和熵变与化学反应的方向
要判断一个化学反应能否自发进行，必须综合考虑焓变（ΔH）和熵变（ΔS）
若ΔH-TΔS<0，则反应正向能自发进行
焓变ΔH 熵变ΔS ΔH-TΔS 反应能否自发进行
<0 >0 <0 一定自发
>0 <0 >0 一定非自发
<0 <0 低温时<0 低温自发
>0 >0 高温时<0 高温自发
化学反应进行方向的判断依据
1876年，吉布斯提出自由能变化ΔG，并认为化学反应总是向着自由能减小（ΔG＜0）的方向进行，直至达到平衡。
在等温、等压条件的封闭体系中，
ΔG=ΔH-TΔS
T为热力学温度，为正值
温度对反应方向的影响
焓负熵正定自发；
正正时高温自发。
负负时低温自发；
焓正熵负不自发。
ΔG=ΔH-TΔS<0
根据所学知识判断，下列反应中，在所有温度下都不自发进行的是(　　)A．2O3(g)= 3O2(g)　ΔH＜0B．2CO(g)= 2C(s)＋O2(g)　ΔH＞0C．N2(g)＋3H2(g)= 2NH3(g)　ΔH＜0 D．CaCO3(s)= CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0
B　2O3(g)= 3O2(g)的ΔS>0，ΔH＜0，则ΔH－TΔS<0，任何温度下都能自发进行，A不符合题意；2CO(g)= 2C(s)＋O2(g)的ΔS<0，ΔH＞0，则ΔH－TΔS>0，任何温度下都不能自发进行，B符合题意；N2(g)＋3H2(g)= 2NH3(g)的ΔS<0，ΔH＜0，则该反应在低温下能自发进行，C不符合题意；CaCO3(s)= CaO(s)＋CO2(g)的ΔS>0，ΔH＞0，则该反应在高温下可自发进行，D不符合题意。
能自发：ΔH－TΔS<0
汽车尾气中的主要污染物是CO和NO，它们是现代化城市中的大气污染物。为了减轻大气污染，人们提出通过以下反应来处理汽车尾气：
该反应在室温下能自发进行吗？
2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g)
城市中越来越多的汽车
根据计算，298K、101kPa下，△H=-746.8kJ·mol -1
ΔS＝-197.5J·mol－1·K－1
△G =ΔH-T ΔS
=-746.8kJ·mol-1+298K×197.5×10-3 kJ·mol－1·K－1
=-687.945 kJ.mol-1<0
下列有关说法不正确的是___(填字母)。
A.C3H6(g)＋NH3(g)＋ O2(g)=C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－515 kJ·mol－1和C3H6(g)＋O2(g)=C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH＝－353 kJ·mol－1两个反应在热力学上趋势均很大
B.Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
C.某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
D.2NO(g)＋2CO(g)=N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0
E.反应SiO2(s)＋2C(s)=Si(s)＋2CO(g)只能在高温下自发进行，则该反应的ΔH>0
F.反应BaSO4(s)＋4C(s)=BaS(s)＋4CO(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0
G.一定温度下，反应MgCl2(l)=Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0，ΔS>0
D
课堂练习
1．下列现象的发生，你认为是自发过程的有_______。
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
AB
2．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
C
3．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
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。
判断熵值大小思维模型：分子结构越复杂，体系越混乱，熵值越大。
同物质：g>l>s;
同状态：物质的量多的>物质的量少的；
同物质同状态：温度高>温度低的、压强低的>压强高的；
同状态同物质的量的不同物质：分子所含原子数越多、摩尔质量越大，熵值越大，若原子数相同则中子与质子数之和越大，熵值越大，晶体微观结构越无序，熵值越大。
2022浙江. AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An+(aq)+Bn-(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是A. ΔH和ΔS均大于零B. ΔH和ΔS均小于零C. ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零D. ΔH和ΔS均可能大于零或小于零
D
B

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