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第二章
化学反应速率与化学平衡
第三节　化学反应的方向
1. 知道熵变的含义。
2. 能初步利用焓变和熵变说明化学反应的方向。
1. 日常生活中一些自发过程的能量变化规律。
在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的过程，称为自发过程。
活动一：从能量变化的角度探讨化学反应的方向
(1) 高山流水是一个自发进行的自然过程。一定量的水，位于高处时和位于低处时，哪一个的能量更高？
【答案】 位于高处的水能量高。
(2) 请你再举出一些生活中常见的自发过程的实例，其中物质(或物体)的能量变化与“高山流水”相同。
【答案】 自由落体。电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动等。
(3) 从能量变化的角度看，上述自然界中的自发过程有何规律？
【答案】 自然界中的自发过程能量有趋于“最低”的倾向。
2. 一些自发的化学反应中能量变化规律。
(1) 下面是我们熟悉的在一定条件下可以自发进行的化学反应实例，这些反应的热效应有什么共同点？
①白磷的缓慢氧化　②酸碱中和反应　③金属与酸反应
【答案】 都是放热反应。
(2) 请你再举几例在一定条件下可以自发进行的反应，其热效应与上述反应相同。
【答案】 钠与水反应、燃烧反应等。
(3) 从体系能量变化的角度看，什么样的反应具有自发进行的倾向？
【答案】 能量降低的放热反应。
3. 根据我们总结的能量变化规律判断反应：
Ba(OH)2·8H2O(晶体)＋2NH4Cl(晶体)===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O　ΔH＞0似乎不能自发进行,事实上常温下该反应能够自发进行。该反应能自发进行是否说明能量变化是决定化学反应能够自发进行的唯一因素？
【答案】 不是。
1. 日常生活中一些自发过程的“混乱度”变化规律。
(1) 如图所示，将许多火柴梗从高处抛下，落下后火柴梗的排列呈什么状态？
【答案】 散落无序
活动二：从“混乱度”变化的角度探讨化学反应的方向
(2) 如图所示，将两个广口瓶中分别盛有氯气和氢气，开始时用玻璃片隔开，当抽掉中间的玻璃片后，可以观察到什么现象？
【答案】 瓶中气体均变为浅黄绿色
(3) 固体溶解也是一种常见的自发过程，如NaCl在水中的溶解和电离可用下图表示。
[思考]上述三个自发过程实例中，体系的“混乱度”有何变化规律？
【答案】 混乱度增大
2. 认识衡量体系“混乱度”的物理量——熵(S)。
衡量一个体系混乱度的物理量叫作熵，用符号S表示。在一个由大量微粒(分子、原子、离子)构成的体系中，微粒之间无规则排列的程度越大，体系的熵越大。反应前后体系熵的变化叫作熵变，可用ΔS表示。如果发生变化后体系的“混乱度”增大，该过程的ΔS＞0；反之，ΔS＜0。
(1) 下图表示水的不同聚集状态的混乱程度。
①根据图示分析：同一物质在不同状态时熵值大小的一般规律。
【答案】 同一物质熵值：固体＜液体＜气体
②一般来说，体系中气体的物质的量越大，体系的熵值越______(填“大”或“小”)。
大
(2) 判断下列反应中熵值的变化。
②(NH4)2CO3===NH4HCO3＋NH3↑
【答案】 反应①熵值减小　反应②熵值增大
3. 一些自发的化学反应中混乱度(熵值)变化规律。
(1) 下列反应在一定条件下均可自发进行，请说出这些反应的熵值变化有什么共同点？
①氢氧化钡晶体与氯化铵反应　②碳酸钙的分解　③CO2与C反应生成CO
【答案】 熵值都增大。
(2) 从体系熵值变化的角度看，什么样的反应具有自发进行的倾向？
【答案】 混乱度增大的反应具有自发进行的倾向。
4. 下列两个反应均能自发进行，判断这两个反应的熵值变化特点。该反应能自发进行是否能说明熵值变化是决定化学反应能够自发进行的唯一因素？
2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)
4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)
【答案】 均是熵减(ΔS<0)的反应。不能。
阅读下列材料，回答有关问题。
焓判据：焓减的反应(ΔH＜0)，体系能量降低，具有自发进行的倾向，一定条件下能自发进行。
熵判据：反应熵变ΔS＝生成物总熵－反应物总熵，熵增(ΔS＞0)的反应具有自发进行的倾向。
活动三：认识焓变和熵变与化学反应的方向的关系
1. 在等温等压的条件下，下列反应自发进行的情况如文字所述。观察这些反应的特征，用“一定能”“一定不能”或“一定条件下能”填写下表。
①C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH＜0　一定能自发
②4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH＜0　一定条件下能自发
③(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＞0　一定条件下能自发
④2Na2O2 (s)＋2H2O(l)===4NaOH(aq)＋O2(g)　ΔH＜0　一定能自发
序号 焓判据 熵判据 能否自发进行
(1) ΔH＜0 ΔS＞0
(2) ΔH＞0 ΔS＜0
(3) ΔH＜0 ΔS<0
(4) ΔH＞0 ΔS>0
一定能
一定不能
一定条件下能
一定条件下能
【答案】 该反应放热(ΔH＜0)。
3. 有人曾提出可通过“2CO(g)===2C(s)＋O2(g)”反应消除CO对空气的污染，在等温等压的条件下，你认为这一建议可行吗？说明理由。
【答案】 不可行，该反应是一个焓增、熵减的反应，任何情况下均不能自发进行。
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1. [人教版教材习题]水凝结成冰的过程中，其焓变和熵变正确的是(　　)
A. ΔH>0，ΔS<0 B. ΔH<0，ΔS>0
C. ΔH>0，ΔS>0 D. ΔH<0，ΔS<0
【解析】 水凝结成冰时，水由液态变为固态，是熵减小的过程，即ΔS<0，同时放出能量，即ΔH<0。故选D。
D
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2. 下列组合中在任何温度下反应均能自发进行的是(　　)
A. ΔH＞0，ΔS＞0 B. ΔH＜0，ΔS＜0
C. ΔH＞0，ΔS＜0 D. ΔH＜0，ΔS＞0
D
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3. 下列理解不正确的是(　　)
A. 体系越有序，熵值越小；体系越混乱，熵值越大
C. 2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH＞0在任意温度下都能自发进行
D. 常温下，反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＞0
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C
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【解析】当ΔH－TΔS＜0时,反应能自发进行。2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)的ΔH＞0、ΔS＞0，在较高的温度下，反应才能自发进行，C错误；反应C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔS＞0，常温下反应不能自发进行，则ΔH＞0，D正确。
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4. 在25 ℃、1.01×105 Pa时，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.7 kJ/mol，该反应能自发进行的原因是(　　)
A. 是吸热反应 B. 是放热反应
C. 是熵减反应 D. 是熵增反应
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5. [人教版教材习题]下列说法正确的是(　　)
A. 冰在室温下自动融化成水，这是熵增的过程
B. 能够自发进行的反应一定是放热反应
C. ΔH<0的反应均是自发进行的反应
D. 能够自发进行的反应一定是熵增的过程
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【解析】 冰在室温下自动融化成水，混乱度增大，是熵增过程，A正确；反应能否自发进行，要根据焓判据和熵判据综合判断，B、C、D错误。
A
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6. 下列说法不正确的是(　　)
A. ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行
B. 对于同一物质来讲，熵值的大小与其状态有关，固态物质的熵值通常最小
C. 焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变不可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，使用催化剂可改变化学反应自发进行的方向
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【解析】 根据ΔH－TΔS，ΔH<0、ΔS>0时，在任何温度下都满足ΔH－TΔS<0，反应能自发进行，A正确；对于同一物质来讲，熵值的大小与其状态有关，气态混乱度最大，熵值最大，液态次之，固态混乱度最小，熵值最小，B正确；焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此应用复合判据ΔH－TΔS进行判断，C正确；使用催化剂可改变化学反应速率，不能改变化学反应的方向，D错误。
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7. 下列有关说法不正确的是(　　)
A. 一定温度下，2Mg(s)＋CO2(g)===2MgO(s)＋C(s)能自发进行，则该反应的ΔH＜0
B. 室温下，Ag＋(aq)＋Cl－(aq)===AgCl(s)可自发进行，则该反应的ΔH＜0
C. 室温下，SiO2(s)＋3C(s)===SiC(s)＋2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH＜0
D. 室温下，CO2(g)＋C(s)===2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
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