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化学反应的方向
第1节
第
2
章
1.知道化学反应是有方向的，通过宏观事实推理、建构化学反应的方向与反应的焓变和熵变的关系的认知模型。
2.能结合具体事例说明反应自发进行的方向性(重、难点)。
学
习
目
标
内
容
索
引
目标一　自发反应　反应焓变与反应方向
目标二　反应熵变与反应方向
目标三　用焓变与熵变综合判断反应方向
< 目标一 >
自发反应　反应焓变与反应方向
我们生活中越来越多的汽车带来大气污染，有人设想让CO与NO反应产生两种无毒的气体，其中一种是空气的主要成分之一，写出此反应的化学方程式：
2CO+2NO===2CO2+N2
自然界中有许多自然而然发生的现象，那么是否所有的化学反应都能够自发进行呢？
联想·质疑
1.自发反应
(1)含义：在给定的条件(通常指温度、压强)下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应。
钢铁生锈
面包发霉
(2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。
电解水
煅烧碳酸钙
2.反应焓变与反应方向
(1)观察下列四个自发反应
①钠与水反应：2Na(s)+2H2O(l)===2NaOH(aq)+H2(g)　ΔH=-368 kJ·mol-1
②铁生锈：2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH=-824 kJ·mol-1
③氢气和氧气反应：2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1
④2NH4Cl(s)+Ba(OH)2·8H2O(s)===2NH3(g)+BaCl2(s)+10H2O(l)　　ΔH=+37.3 kJ·mol-1
分析上述自发反应，得出的结论：_________________________________
　　　 　 　　　。
多数放热反应(ΔH<0)能自发进行，有些吸热反应(ΔH>0)也能自发进行
(2)CaCO3在室温下不能自发分解，但在高温下能自发分解，分解热化学方程式如下：
CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)
ΔH(298 K)=+178.2 kJ·mol-1
ΔH(1 200 K)=+176.5 kJ·mol-1
由此可得出的结论：　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。
不能仅用反应焓变来判断反应能否自发进行
归纳总结 多数放热反应是自发进行的，有些吸热反应也可以自发进行，只用放热或者吸热（ΔH）判断反应是否自发是不全面的。
需要持续做功
1.下列过程中属于自发过程的是　　　　　　　(填序号)。
①铵盐的溶解　②烧碱与盐酸反应　③Zn与稀H2SO4反应　④将地下水抽至地面　⑤Mg在空气中燃烧　⑥铝热反应　⑦墨水在水中的扩散　
⑧电解熔融的氯化钠
①②③⑤⑥⑦
要在直流电作用下才能进行
2.已知：①2H2+O2　 　2H2O；②2H2O　 　2H2↑+O2↑。①是自发反应，②是非自发反应，通过对上述反应的分析，思考：
(1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？
提示　自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。
(2)非自发反应一定不能发生吗？
提示　非自发反应在一定条件下能发生。
3.实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。下列对此说法理解正确的是
A.所有的放热反应都是自发进行的
B.所有的自发反应都是放热的
C.焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素
D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据
√
不都是，例如铝热反应
自发进行的反应不都是放热反应
焓变是影响反应是否具有自发性的一个重要因素，但不是唯一因素
反应熵变与反应方向
< 目标二 >
火柴散落有趋向于最大混乱度的倾向
有序
无序
冰块融化
品红在水中扩散
联想·质疑
用什么物理量来描述体系的无序程度？
思考：
1.熵、熵变的概念
S
ΔS
定义
符号
度量体系无序程度的物理量
反应产物的总熵与反应物的总熵之差
常用单位
符号
熵
熵变
定义
J·mol-1·K-1
2.影响熵值大小的因素
(2)同一物质的熵值：S(g)＞S(l)＞S(s)，在同一条件下，不同物质的熵不同。
(1)纯物质熵值的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。
(3)相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。
69.9 J·mol-1·K-1
47.9 J·mol-1·K-1
188.7 J·mol-1·K-1
冰 水 水蒸气
3.熵变正负判断依据
(1)物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS>0，是熵增加的过程。
(2)气体体积增大的反应，通常ΔS>0，是熵增加的反应。
(3)气体体积减小的反应，通常ΔS<0，是熵减小的反应。
ΔS=S(产物)－S(反应物)
ΔS>0，熵增反应
ΔS<0，熵减反应
4.反应熵变与化学反应方向
2H2O2(aq) === 2H2O(l) + O2(g)　ΔS = +57.2 J·mol-1·K-1
NH4HCO3(s) + CH3COOH(aq) === CO2(g) + CH3COONH4(aq) + H2O(l)
ΔS = +184.0 J·mol-1·K-1
熵增加的反应，在常温、常压下可以自发进行
CaCO3(s) === CaO(s) + CO2(g)　ΔS = +169.6 J·mol-1·K-1
C(s，石墨) + H2O(g) === CO(g) + H2(g)　ΔS = +133.8 J·mol-1·K-1
熵增加的反应，在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行
2Al(s) + Fe2O3(s) === Al2O3(s) + 2Fe(s)　ΔS = -39.4 J·mol-1·K-1
4.反应熵变与化学反应方向
熵减少的反应，在一定条件下也可以自发进行
熵增加有利于反应的自发进行，有些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。不能只根据熵变来判断反应能否自发进行。
归纳总结
1.下列对熵变的判断不正确的是
A.少量的食盐溶于水中：ΔS>0
B.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
√
2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的n增大，为熵增加的反应
体系混乱度减小， ΔS＜0
CaCO3(s)的分解产生了气体， ΔS>0
食盐溶于水是典型的熵增加过程
2.(1)反应CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑的ΔS　　(填“>”“<”或“=”，下同)0，常温下　　　(填“能”或“不能”，下同)自发进行。
(2)2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)该反应的ΔS 　0，常温下　　自发进行。
(3)自发反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)的ΔS　　0。
(4)二氧化碳通入澄清石灰水的反应Ca(OH)2(aq)+CO2(g)===CaCO3(s)+
H2O(l)　　自发进行，其ΔS　　0。
>
能
>
能
<
能
<
用焓变与熵变综合判断反应方向
< 目标三 >
1.自发反应的方向与焓变和熵变有关，但焓变和熵变又都不能单独作为判断反应自发进行方向的依据。要判断反应自发进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。
ΔG＝ΔH－TΔS
ΔG：反应的吉布斯自由能变
吉布斯自由能（符号G）的定义式为G=H-TS。ΔG为反应的吉布斯自由能变：ΔG＝ΔH－TΔS，表示的是一个封闭体系在等温、等压条件下做最大非体积功的能力。在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，反应的方向可依据ΔG来判断。
拓展视野
2.在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔG=ΔH-TΔS(ΔG为反应的吉布斯自由能变)。
ΔG＝ΔH－TΔS > 0
ΔG＝ΔH－TΔS < 0
ΔG＝ΔH－TΔS = 0
反应正向能自发进行
反应达到平衡状态
反应正向不能自发进行
提醒　ΔH－TΔS＜0，只能说明反应有发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这是因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题。
(1)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)自由能变化ΔG<0的化学反应一定能迅速发生
(3)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程
(4)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
(5)反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可正向自发进行，则该反应的ΔH<0
×
√
√
×
√
1.正误判断
2.查阅资料可知室温(298 K)下2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)的ΔH=
-746.8 kJ·mol-1、ΔS=-197.5 J·mol-1·K-1。试着分析该反应室温下能否自发进行？
提示　该反应室温时，ΔG=ΔH-TΔS≈-687.9 kJ·mol-1<0，能自发进行。
(1)根据表中数据判断：在任何温度下都能正向自发进行的反应是　 (填序号，下同)，在任何温度下都不能正向自发进行的反应是　　。
3.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，思考并回答下列问题：
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
④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) +178.2 +169.6
①
②
(2)利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围。
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
④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) +178.2 +169.6
答案　ΔH-TΔS<0，则-176 kJ·mol-1+0.285 kJ·mol-1·K-1×T<0，T<617.5 K≈
344.5 ℃，即低于344.5 ℃时反应③能正向自发进行。　
(3)利用综合判据，计算CaCO3分解的温度条件。
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
④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) +178.2 +169.6
答案　CaCO3分解的条件是ΔH-TΔS<0，代入数据，+178.2 kJ·mol-1-
0.169 6 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>1 051 K≈778 ℃，即当温度高于778 ℃时，CaCO3开始分解。
综合判断反应自发进行的四种类型
归纳总结
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S
H>0
S>0
高温下
反应自发进行
H＞0
S<0
所有温度下
反应不能自发进行
H<0
S>0
所有温度下
反应自发进行
H<0
S<0
低温下
反应自发进行
本课结束
第
2
章

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