课时2.13 化学反应的方向-2021-2022学年高二化学选择性必修1精品讲义（人教版2019）

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课时 2.13 化学反应的方向

【学习目标】

1、了解自发过程和化学反应的自发性，知道化学反应是有方向的

2、知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关，能利用能量判椐、熵判椐和复合判据对反应进行方向的

判断

【主干知识梳理】

一、自发过程和自发反应

1、自发过程

(1)含义：在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程。如：高山流水，自由落体，冰雪融化

(2)特点

①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)

②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向

③具有方向性：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不能自发进行

2、自发反应

(1)定义：在给定条件下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。如：钢铁生锈

(2)自发反应的特征

①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发，如：铁器暴

露于潮湿的空气中会生锈，是自发的，则铁锈变为铁在该条件肯定不是自发的

②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态

③体系趋向于从有序体系转变为无序体系

(3)应用

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

【微点拨】

①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

②一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生，则必须对它做功，如

利用水泵可将水从低处抽向高出，通电可将水分解生成氢气和氧气

③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、反应的热效应无关

3、自发过程的判断

(1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)

(2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程

一定自发

【对点训练 1】

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．水电解生成氢气和氧气 D．铁器在潮湿的空气中生锈

2、知道了某过程有自发性之后，则(　　)

A．可判断出过程的方向

B．可确定过程是否一定会发生

C．可预测过程发生完成的快慢

D．可判断过程的热效应

3、下列关于自发过程的叙述中，正确的是(　　)

A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程

B．需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程

C．同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能

D．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程

二、化学反应进行的方向与焓变的关系

1、化学反应进行的方向与 ΔH之间的关系

下列反应在一定条件下都能自发进行，这些反应的共同点是什么？共同特点

(1)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝—285.8 kJ·mol－1

(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)　ΔH＝—216.8 kJ·mol－1

(3)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝—890.3 kJ·mol－1

(4)2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)　ΔH＝—822 kJ·mol－1

ΔH<0 即放热反应

结论放热反应使体系能量降低，能量越低越稳定，ΔH<0 有利于反应自发进行

2、焓判据(能量判据)：放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，科学家提出用焓变(能量变

化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都

能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学

反应能否自发进行的因素之一

3、焓变与化学反应进行方向的关系

①多数放热反应是自发进行的。如：燃烧反应、中和反应等

②有些吸热反应，也可以自发进行，如：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1

是不是所有自发进行的化学反应都是放热的？

吸热的自

发过程

** Expression is faulty **室温下冰块的融化；硝酸盐类的溶解等都是自发的吸热

过程

** Expression is faulty **N2O5分解： 2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)　ΔH＝＋109.8

kJ·mol－1

** Expression is faulty **碳铵的分解：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH

＝＋74.9 kJ·mol－1

既不吸热也

不放热的自

发过程

两种理想气体的混合，如：两个广口瓶中分别盛有氯气和氢气，开始时中间用玻

璃片隔开，当抽掉玻璃片后，可以观察到盛放氯气的瓶内气体颜色逐渐变浅，而

盛放氢气的瓶内显现出了浅黄绿色，最后两瓶中气体的颜色相同

结论 ΔH<0 有利于反应自发进行，但自发反应不一定要△H<0。因此，焓变只是反应能否自

发进行的一个因素，但不是惟一因素。只根据焓变来判断反应方向是不全面的

【对点训练 2】

1、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

2、以下自发反应可用焓判据来解释的是(　　)

A．硝酸铵自发溶于水

B．2N2O5(g)==4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1

C．(NH4)2CO3(s)==NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1

D．2H2(g)＋O2(g)==2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

3、下列过程的方向能用焓判据判断的是(　　)

A．湿的衣服经过晾晒变干 B．硝酸铵溶于水

C．水蒸气凝结成水 D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＞0

三、化学反应进行的方向与熵变的关系

1、熵、熵变的概念

(1)熵的概念：自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。体系的混乱度常用熵来描述，熵

的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大

(2)熵变：生成物与反应物的熵值之差，用 ΔS 表示

2、影响熵大小的因素

(1)同一条件下，不同的物质熵值不同

(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)

(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大

(4)反应过程中气体物质的量增加的反应是熵增大

(5)固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程是熵增大

3、熵判据：在与外界隔离的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变(符号 ΔS)大于零，这个原理叫做熵

增原理。在用熵变来判断过程的方向时，就称为熵判据

(1)当ΔS>0 时，反应为熵增反应，在一定条件下能自发进行

(2)当ΔS<0 时，反应为熵减反应，在一定条件下不能自发进行

4、熵变与化学反应进行方向的关系

①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应)，如：2KClO3=====2KCl＋3O2↑

②有些熵减的反应也可以自发进行，如：Ca(OH)2(aq)＋CO2(g)===CaCO3(s)＋H2O(l)

自发反应一定是熵增加的反应吗？

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)，是自发反应，但该反应是熵减的反应

结论 △S >0 有利于反应自发进行，自发反应不一定要△S >0,。因此，熵变是反应能否自

发进行的一个因素，但不是惟一因素

【对点训练 3】

1、下列关于化学反应的熵变的叙述正确的是(　　)

A．化学反应的熵变与反应的方向无关 B．化学反应的熵变直接决定了反应的方向

C．熵值增大的反应都是混乱度增大的反应 D．能自发进行的反应熵值都增大

2、下列对熵变的判断中不正确的是(　　)

A．少量的食盐溶于水中：ΔS＞0 B．炭和氧气反应生成 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

3、在 25 ℃、1.01×105 Pa 下，反应 2N2O5(g) 4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1能自发进行的合理解释

是(　　)

A．该反应是分解反应 B．该反应的熵增效应大于焓变效应

C．该反应是熵减反应 D．该反应是放热反应

四、自由能与化学反应的方向

1、自由能变化：符号为Δ G ，单位为kJ·mol－1。

2、自由能变化与焓变、熵变的关系：ΔG＝Δ H － T Δ S 。ΔG不仅与焓变有关，还与温度有关

3、反应方向与自由能的关系：化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。

(1)当ΔG＜0时，反应能自发进行

(2)当ΔG＝0时，反应处于平衡状态

(3)当ΔG＞0时，反应不能自发进行

反应热熵值反应的自发性

ΔH＜0ΔS>0 所有温度都自发进行

ΔH＜0ΔS<0 低温下温度能自发进行

ΔH＞0ΔS>0 高温下时能自发进行

ΔH＞0ΔS<0 所有温度下都不能自发进行

【微点拨】

①焓变和熵变都与反应的自发性有关，又都不能独立地作为自发性的判据，要判断反应进行的方向，必须综

合考虑体系的焓变和熵变

②根据 ΔH－TΔS＜0判断的只是反应自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及化学反应速率的

问题

【对点训练 4】

1、某反应 2AB(g) C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的正反应的

ΔH、ΔS应为(　　)

A．ΔH＜0、ΔS＞0 B．ΔH＜0、ΔS＜0 C．ΔH＞0、ΔS＞0 D．ΔH＞0、ΔS＜0

2、反应：CH3OH(l)＋NH3(g)===CH3NH2(g)＋H2O(g)在某温度下自发向右进行，若反应的|ΔH|＝17 kJ·mol－1，|

ΔH－TΔS|＝17 kJ·mol－1，则下列正确的是(　　)

A．ΔH＞0，ΔH－TΔS<0 B．ΔH<0，ΔH－TΔS＞0

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