《学霸笔记 同步精讲》第二章 第3节 化学反应的方向(讲解课件)人教版化学选择性必修1

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《学霸笔记 同步精讲》第二章 第3节 化学反应的方向(讲解课件)人教版化学选择性必修1

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第三节 化学反应的方向
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.了解自发过程和化学反应的自发性,能从焓变、熵变和自由能变化(ΔG)角度判断化学反应的自发性。
学习目标
目 录
知识点一 自发过程与自发反应
知识点二 化学反应方向的判断
随堂演练
课时作业
知识点一 自发过程与自发反应
1. 自发过程和自发反应
自发过程 自发反应

义 在一定条件下,不用借助外力,
就能自发进行的过程 在给定的条件下,可以 进行
到显著程度的化学反应

征 具有 ,即过程的某个方向在一定条件下自发进行,而该过
程逆方向在该条件下肯定

例 高山流水,自由落体,冰雪融化 钢铁生锈

用 (1)可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。 (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
自发 
方向性 
不能自发进行 
【思考】 自发反应不需要任何条件就能自发进行吗?
提示:不是。如H2和O2反应需要点燃。
2. 自发过程的特点
(1)体系趋向于从 状态转变为 状态(体系对外部做功
或释放热量)。
(2)在密闭条件下,体系有从 自发转变为 的倾向(无
序体系更加稳定)。
高能 
低能 
有序 
无序 
1. 正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)能自发进行的反应一定能迅速发生。 ( × )
(2)自发过程不需任何条件就能发生。 ( × )
(3)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。 ( × )
×
×
×
2. (2025·浙江特色联盟高二期中联考)下列属于非自发过程的是
(  )
A. 水由高处向低处流 B. 蔗糖在水中溶解
C. 天然气的燃烧 D. 室温下水结成冰
解析:  室温下水结成冰是温度降低作用下的变化,不是自发进行的反
应,选D。

3. 下列关于自发反应的叙述中,正确的是(  )
A. 自发反应的逆反应在相同条件下也必定是自发的
B. 铁在潮湿的空气中生锈属于非自发反应
C. 自发过程可以是物理过程,不一定是自发反应,而自发反应一定是自发
过程
D. 自发反应与外界条件无关
解析:  自发反应的逆反应在相同条件下为非自发反应,A错误;铁的生
锈为自发反应,B错误;自发过程包括自发化学反应和自发物理过程,C正
确;自发反应受温度等外界条件影响,D错误。

归纳总结
(1)判断某反应是否自发,只是判断反应的方向,与是否会发生、反应
的快慢无关。
(2)自发过程的判断,不是看是否需要条件,而是看是否需要持续施加
外力(如电解等)。
知识点二 化学反应方向的判断
1. 焓变与化学反应的方向
(1)分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系
①H2(g)+ O2(g) H2O(l),燃烧反应是 热反应,
ΔH 0,常温下能自发进行。
②Zn(s)+CuSO4(aq) ZnSO4(aq)+Cu(s),该反应是
热反应,ΔH 0,常温下 自发进行。
③2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g),该反应是 热反应,
ΔH 0,常温下 自发进行。
④Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl BaCl2+2NH3·H2O+8H2O,反应
为 热反应,常温下能自发进行。
放 
< 
放 
< 
能 
吸 
> 
能 
吸 
(2)自发反应与焓变的关系
大多数放热反应可以自发进行,但也有很多吸热反应能自发进行,只用焓
判据判断反应是否自发不全面。
2. 熵变与化学反应的方向
(1)熵与熵变
②体系的熵值:体系的 越大,体系的熵值就 。
③同一物质的熵值:S(g) S(l) S(s),同一条件下,
不同物质的熵值不同。
(2)熵值大小
①同一条件下,不同的物质熵值 。
混乱程度 
越大 
> 
> 
不同 
(3)反应熵变与反应方向
①二者关系
a.许多熵增的化学反应可自发进行(大部分是气体分子数目增多的反
应)。
b.有些熵减的反应也可以自发进行,如:4Fe(OH)2(s)+O2(g)+
2H2O(l) 4Fe(OH)3(s)。
②结论:不能仅用反应熵变判据来判断反应能否自发进行。
【思考】 二氧化碳通入澄清石灰水的反应Ca(OH)2(aq)+CO2
(g) CaCO3(s)+H2O(l)能否自发进行?该反应为熵增反应
还是熵减反应?
提示:能自发进行,属于熵减的反应。
(1)自由能变化
符号为 ,单位为kJ·mol-1。
(2)自由能变化与焓变、熵变的关系:ΔG= 。ΔG不仅
与焓变有关,还与 。
(3)反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着 的方向进行,直到体系 。
①当ΔG<0时,反应 ;
②当ΔG=0时,反应 ;
③当ΔG>0时,反应 。
ΔG 
ΔH-TΔS 
温度有关 
3. 自由能与化学反应的方向
自由能减小 
达到平衡 
能自发进行 
处于平衡状态 
不能自发进行 
【思考】 根据复合判据ΔG=ΔH-TΔS<0能自发进行,请分析ΔH>
0,ΔS>0的反应分别在低温还是高温下自发进行?
提示:ΔH>0,ΔS>0的反应在高温下,ΔG=ΔH-TΔS<0,能自发进
行。
1. 正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)放热反应不一定能自发进行。 ( √ )
(2)O2转化为O3时,熵减小。 ( √ )
(3)同种物质,气态时熵值最小。 ( × )
(4)合成氨反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,高温有利
于其自发进行。 ( × )


×
×
2. (2025·台州高二期中)下列属于化学反应且ΔH<0,ΔS>0的是( )
A. H2O(g) H2O(l)
B. 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)
C. 浓硫酸稀释
D. 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
解析:  气态水变为液态水,浓硫酸溶于水,均不是化学反应,A、C错
误;氨气的氧化反应为放热反应,即ΔH<0,且该反应为气体分子数增多
的反应,为熵增即ΔS>0,B正确;二氧化硫的氧化反应为放热反应,即
ΔH<0,但该反应为气体分子数减小的反应,为熵减即ΔS<0,D错误。

3. (苏教版习题)根据所学知识和已有生活经验,指出下列反应能自
发进行的温度条件是高温还是低温,并判断反应的ΔH、ΔS是大于零还
是小于零。
(1)2H2O(l) 2H2(g)+O2(g) ,

解析: 2H2O(l) 2H2(g)+O2(g)为分解反应,吸热反应,
反应的ΔH>0,反应过程中气体的物质的量增大,为熵增反应,即ΔS>
0,若要使ΔG=ΔH-TΔS<0,则需要高温条件。
高温能自发
ΔH>0;ΔS
>0
(2)NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s) ,

解析: NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s)为化合反应,放热反
应,反应的ΔH<0,反应过程中气体的物质的量减小,为熵减反应,即
ΔS<0,若要使ΔG=ΔH-TΔS<0,则需要低温条件。
低温能自发
ΔH<0;
ΔS<0
归纳总结
(1)化学反应方向综合判断思维模型(与温度的关系)
(2)判断化学反应方向的两个依据
①依据ΔG与0的相对大小;
②依据Q与K的相对大小。
随堂演练
1. (2025·清华大学附属中学高二期中)下列说法正确的是(  )
A. 放热反应一定是自发反应
B. 固体溶解一定是熵减小的过程
C. 熵增的反应不一定是自发反应
D. 非自发反应在任何条件下都不能发生
解析:  放热反应不一定是自发反应,A错误;固体溶解混乱度增大,固
体溶解是一个熵增大的过程,B错误;熵增的反应不一定是自发反应,C正
确;非自发进行的反应可以变化为自发进行,如碳酸钙的分解反应在常温
下是非自发反应,但是在高温下能自发进行,D错误。
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2. (教材改编题)夏季有的地区会下起冰雹。下列有关水蒸气变成冰雹的
过程中焓变和熵变的判断正确的是(  )
A. ΔH<0、ΔS<0 B. ΔH>0、ΔS<0
C. ΔH<0、ΔS=0 D. ΔH>0、ΔS>0
解析:  水蒸气变成冰雹的过程中放热,ΔH<0,气体变成固体,混乱
度减小,ΔS<0;选A。

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3. (2025·泸州高二期中)下列反应在任何温度下一定不能自发进行的是
(  )
A. 2H2O2(l) 2H2O(l)+O2(g) ΔH<0
B. NH3(g)+HCl(g) NH4Cl(s) ΔH<0
C. CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g) ΔH>0
D. 2CO(g) 2C(s)+O2(g) ΔH>0

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解析:  该反应的ΔH<0,ΔS>0,该反应在任何温度下都能自发进
行,A错误;该反应的ΔH<0,ΔS<0,该反应在低温时能自发进行,B错
误;该反应的ΔH>0,ΔS>0,该反应在高温时能自发进行,C错误;该
反应的ΔH>0,ΔS<0,该反应在任何温度下都不能自发进行,D正确。
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4. (1)用钌的配合物作催化剂,一定条件下可直接光催化分解CO2,发
生反应:2CO2(g) 2CO(g)+O2(g),该反应的ΔH (填
“>”“<”或“=”)0,ΔS (填“>”“<”或“=”)0,在低
温下,该反应 (填“能”或“不能”)自发进行。
解析: CO2分解生成CO和O2的反应为吸热反应,ΔH>0,根据化
学方程式可知,ΔS>0,故低温下ΔG=ΔH-TΔS>0,反应不能自发进
行。


不能
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(2)超音速飞机在平流层飞行时,尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正
在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2,化学方程式为
2NO+2CO 2CO2+N2。反应在常温下能够自发进行,则反应的ΔH
(填“>”“<”或“=”)0。
解析: 通过化学方程式可知ΔS<0,常温下能够自发进行,则ΔH
<0。

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题组一 自发过程和自发反应
1. 下列不属于自发进行的变化是(  )
A. 红墨水加到清水中使整杯水变红
B. 冰在室温下融化成水
C. 电解水生成氢气和氧气
D. 铁器在潮湿的空气中生锈

解析:  红墨水滴入清水中能使整杯水变红、冰在室温下融化成水、铁
器在潮湿的空气中生锈等过程都是自发进行的,A、B、D项均属于自发进
行的变化,而电解水生成氢气和氧气的反应必须通电电解才可以进行,不
属于自发过程,C项符合题意。
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2. 如图甲中的两个集气瓶中分别盛有H2、Cl2,当抽出两集气瓶之间的玻
璃片一段时间后,现象如图乙所示,可以观察到两个集气瓶中的颜色相
同。下列判断正确的是(  )
A. 甲中两个集气瓶中气体的混乱度比乙中的大
B. 两个集气瓶中的气体扩散后变为有序排列
C. 反应H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)可自发进行
D. 反应H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)属于熵增反应
解析:  气体扩散过程中,混乱度增大,此过程自发地从有序向无序进
行,A、B错误;反应H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)可自发进行,其
反应前后气体的分子数不变,不属于熵增反应,C正确,D错误。

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题组二 焓变、熵变与化学反应的方向
3. (教材改编题)中国诗词博大精深,下列诗句中包含ΔH>0、ΔS>0的
化学变化的是(  )
A. 春蚕到死丝方尽,蜡炬成灰泪始干
B. 千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲
C. 少年易老学难成,一寸光阴不可轻
D. 千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金
解析:  蜡炬燃烧是放热反应,ΔH<0,有气体生成ΔS>0,A不符合题
意;石灰石受热分解是吸热反应,ΔH>0,有气体生成ΔS>0,B符合题
意;C、D中没有涉及化学变化,C、D不符合题意。

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4. (2025·杭州二中高二检测)相同温度和压强下,关于物质熵的大小比
较,合理的是(  )
A. 1 mol CH4(g)<1 mol H2(g)
B. 1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g)
C. 1 mol H2O(s)>1 mol H2O(l)
D. 1 mol C(s,金刚石)>1 mol C(s,石墨)
解析:  CH4(g)含有的原子总数多,CH4(g)的摩尔质量大,所以熵
值:1 mol CH4(g)>1 mol H2(g),A错误;相同状态的相同物质,物
质的量越大,熵值越大,B正确;等量的同种物质,熵值关系为S(g)>
S(l)>S(s),C错误;金刚石的微观结构更有序,熵值更低,D错误。

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5. (2024·无锡高二期中)橡皮筋在拉伸和收缩状态时结构如图,在其拉
伸过程中放热。25 ℃、101 kPa时,下列过程的焓变、熵变和自发性与橡
皮筋从拉伸状态到收缩状态一致的是(  )
A. CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)
B. NaOH的溶解
C. 2H2(g)+O2(g) 2H2O(l)
D. Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s) BaCl2(s)+2NH3(g)+
10H2O(l)

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解析:  拉伸过程中放热,则从拉伸状态到收缩状态的焓变为正值,
且混乱度增大,熵变为正值,该过程为自发过程。A项,CaCO3分解为
吸热反应,熵变为正值,但25 ℃时该过程不能自发进行;B项,NaOH
的溶解放热;C项为放热反应;D项为吸热反应,且熵值增大,为自发
进行的过程。
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6. (2025·北京汇文中学高二期中)下列说法错误的是(  )
A. 水凝结成冰的过程中,体系的ΔS<0
B. 发生离子反应的条件之一是生成气体,此过程是一个ΔS>0的过程
C. 化学反应自发进行的方向,与反应的ΔH和ΔS都有关
D. NH4NO3溶于水吸热,说明其溶于水不是自发过程
解析:  水凝结成冰的过程中,体系的混乱度减小即熵变ΔS<0,A正
确;发生离子反应的条件之一是生成气体,有气体生成时体系的混乱程度
增大,ΔS>0,B正确;化学反应有向物质内能降低、体系混乱程度增大
方向进行的趋势,C正确;NH4NO3溶于水吸热,但溶解过程是混乱度增大
的物理过程,能够自发进行,D错误。

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7. 实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化
为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定
条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g),如图
表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol-1)的变化。下列关于该反应的说
法,正确的是(  )
A. ΔH>0,ΔS>0
B. ΔH>0,ΔS<0
C. ΔH<0,ΔS<0
D. ΔH<0,ΔS>0

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解析:  由题图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,正反应为
放热反应,正反应为气体物质的量减小的反应,则为熵减的反应,即ΔH
<0,ΔS<0。
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8. (2025·宝鸡中学高二月考)二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减
排的重要途径之一,也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家
利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2(如图所示)。下列说法
正确的是(  )
A. 步骤二的反应能否自
发进行,与温度有关
B. 步骤一中反应的ΔS>0
C. 步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应
D. CaO、CO2均为酸性氧化物

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解析:  步骤二的反应CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)为熵增的
吸热反应,ΔH>0、ΔS>0,若要使ΔH-TΔS<0,则高温有利于自发进
行,A正确;步骤一中反应为CaO和CO2化合生成CaCO3,该反应过程中气
体的物质的量减小,为熵减的反应,ΔS<0,B错误;步骤一和步骤二的
条件不同,不互为可逆反应,C错误;CaO和盐酸反应生成氯化钙和水,
属于碱性氧化物,CO2为酸性氧化物,D错误。
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题组三 相关联的量与反应进行的方向
9. (2025·阜阳高二期中)反应CaCO3(s) CO2(g)+CaO(s)的ΔH
>0,下列判断正确的是(  )
A. 在常温下能自发进行
B. 在高温下能自发进行
C. 在任何条件下都能自发进行
D. T>0 K时,能自发进行
解析:  ΔG=ΔH-TΔS<0,反应能够自发进行,该反应ΔH>0,ΔS
>0,在高温下反应能自发进行。

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10. (2025·江西名校高二期中联考)综合考虑体系的焓变和熵变可以判断
反应自发进行的方向。下列说法正确的是(  )
A. 已知反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的正向反应能自发进行,则
ΔH>0
B. 已知反应2CO(g)+2NO(g) N2(g)+2CO2(g)在常温下能
自发进行,则ΔH>0
C. 已知反应2Mg(s)+CO2(g) C(s)+2MgO(s) ΔH<0,则
该反应在任意条件下均不能自发进行
D. 已知反应C(s)+CO2(g) 2CO(g) ΔH>0,则该反应在高
温下能自发进行

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解析:  反应ΔS<0,要反应自发进行,据ΔG=ΔH-TΔS<0,则ΔH
<0,A错误;反应的ΔS<0,在常温下能自发进行,据ΔG=ΔH-TΔS
<0,则ΔH<0,B错误;反应的ΔH<0,ΔS<0,据ΔG=ΔH-TΔS<
0,则需要低温的条件自发进行,C错误;反应ΔH>0,ΔS>0,据ΔG=
ΔH-TΔS<0,则需要高温的条件自发进行,D正确。
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11. 灰锡结构松散,不能用于制造器皿,而白锡结构坚固,可以制造器
皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放,它会不会变成灰
锡而不能再继续使用(已知:在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反
应焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1,ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1)
(  )
A. 会变成灰锡
B. 不会变成灰锡
C. 不能确定
D. 升高温度才会变成灰锡

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解析:  在0 ℃、100 kPa条件下,白锡→灰锡,其ΔG=ΔH-TΔS=-
2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.61 J·mol-1·K-1)=-376.37 J·mol-1<
0,因此在该条件下白锡会变为灰锡。
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12. (教材改编题)下列说法中,正确的是(  )
A. 能够自发进行的反应一定是放热反应
B. 凡是熵增大的反应都是自发反应
C. 要判断反应进行的方向,必须综合考虑体系的焓变和熵变
D. 非自发反应在任何条件下都不能实现
解析:  由ΔG=ΔH-TΔS<0知,反应可自发进行,说明反应进行的
自发性需综合考虑体系的焓变和熵变,而非自发反应在一定条件下可以实
现,选C。

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13. (2025·抚州高二期中)现有以下两个热化学方程式:
(l)+H2(g) (l) ΔH>0 ①
(l)+2H2(g) (l) ΔH<0 ②
下列说法正确的是(  )
A. 反应①②中都存在:ΔS>0
B. 反应①一定不能自发进行
C. 在通常情况下,①②都能自发进行
D. 反应②高温时,可自发进行

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解析:  由题中热化学方程式可知,反应①②均为熵减反应,即ΔS<
0,A错误;反应①ΔH>0,ΔS<0,则ΔH-TΔS>0,任何温度下反应
都不能自发进行,B正确;由B项可知,反应①在任何温度下都不能自发进
行;反应②的ΔH<0,ΔS<0,则在低温条件下,ΔH-TΔS<0,即反应
②低温时可自发进行,C、D错误。
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14. (2025·安徽名校高二期中联考)工业上利用CO2制备CH3OH的原理是
CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH=-48.97 kJ·mol-
1 ΔS=-177.16 J·mol-1·K-1。该正反应在下列温度下不能自发进行的是
(  )
A. 300 K B. 270 K
C. 250 K D. 200 K
解析:  根据自由能判据,正反应自发进行的条件是ΔG=ΔH-TΔS
<0,T< K≈276.4 K,故300 K时反应不能自发进行,A项符
合题意。

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15. (2025·长沙雅礼中学高二月考改编)某化学科研小组研究在其他条件
不变时,改变某一条件对反应aA(g)+bB(g) cC(g)表示的化学
平衡的影响,得到如图像(图中p表示压强,
T表示温度,n表示物质的量,α表示转化率,
φ表示体积分数)。分析图像,回答下列问题:
(1)在图像反应Ⅰ中,若p1>p2,则此正反应为 (填“放热”或
“吸热”)反应,也是一个气体分子数 (填“减小”或“增
大”)的反应,由此判断,此反应若能自发进行,必须满足的条件是

放热
减小


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解析: 反应Ⅰ中,恒压下升高温度,α
(A)减小,即升高温度平衡逆向移动,则正
反应为放热反应,ΔH<0;由p1>p2知,恒温
时增大压强,α(A)增大,说明此反应为气体
分子数减小的反应,即为熵减反应,ΔS<0。放热、熵减反应只能在低温下自发进行。
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(2)在图像反应Ⅱ中,若T1>T2,则该反应能否自发进行?

解析: 反应Ⅱ中,恒温下压强对φ(A)没
有影响,说明压强变化不影响反应平衡,此反
应为气体分子数不变的反应,反应过程中熵变
很小,ΔS≈0,若T1>T2,恒压下温度越高φ
(A)越大,说明升高温度平衡向左移动,正反应为放热反应,ΔH<0,则ΔH-TΔS<0,反应能自发进行。
能自发进

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16. 化学反应方向的综合判据是判断反应能否自发进行的关键。由于反应
的焓变、熵变随温度的变化较小,假设它们不随温度变化,根据下表数据
回答问题。
化学反应 ΔH/(kJ·mol-1) ΔS/(J·mol-1·K-1)
①2H2O2(aq) 2H2O(l)+O2(g) -98 +57.2
②CO2(g) C(s,石墨)+O2(g) +393.5 -2.86
③HCl(g)+NH3(g) NH4Cl(s) -176 -285
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(1)根据表中数据可知:反应①在 (填“高温”“低温”
或“任何温度”)下能自发进行。
解析: 由表中数据可知,反应①2H2O2(aq) 2H2O(l)+O2
(g)的ΔH<0,ΔS>0,反应①在任何温度下都能自发进行。
(2)有人提出采用适当的催化剂,用热分解法分解CO2,以减少CO2的排
放,你认为是否可行? (填“是”或“否”)。阐述判断的理
由 。
解析: 由表中数据可知,反应②CO2(g) C(s,石墨)+O2
(g)的ΔH>0,ΔS<0,在任何温度下都有ΔH-TΔS>0,在任何温度
下都不能自发进行。
任何温度

该反应为吸热、熵减的化学反应,在任何温度下都不能自发进行
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(3)利用综合判据,计算反应③能自发进行的温度范围:

(写出过程)。
解析: 反应③的ΔH=-176 kJ·mol-1,ΔS=-285 J·mol-1·K-1,
ΔH-TΔS<0,则-176 kJ·mol-1+0.285 kJ·mol-1·K-1T<0,T<617.5
K=344.5 ℃,即低于344.5 ℃时反应③能自发进行。
ΔH-TΔS<
0,则-176 kJ·mol-1+0.285 kJ·mol-1·K-1T<0,解得T<617.5 K=
344.5 ℃,即低于344.5 ℃时反应③能自发进行
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