第三节 化学反应的方向
[核心素养发展目标] 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。
一、自发过程与自发反应
1．自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。例如高山流水、自由落体。
(2)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)。
(3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。
2．自发反应
(1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。
(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。
3．应用
(1)自发反应可被用来做“有用功”。例如H2的燃烧可设计成燃料电池。
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为H2和O2。
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
2．已知：①2H2＋O2点燃2H2O；②2H2O电解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？
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(2)非自发反应一定不能发生吗？
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二、化学反应进行方向的判据
1．焓变与化学反应的方向
分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系。
(1)H2(g)＋12O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是________(填“吸”或“放”，下同)热反应，ΔH________(填“>”或“<”，下同)0，常温下能自发进行。
(2)Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)，该反应是______热反应，ΔH________0，常温下______(填“能”或“不能”，下同)自发进行。
(3)Ba(OH)2·8H2O 和 NH4Cl的反应为________热反应，常温下________自发进行。
(4)2N2O5(g)4NO2(g)＋O2(g)，该反应是________热反应，ΔH______0，________自发进行。
2．熵变与化学反应的方向
(1)熵、熵变的概念
(2)熵值大小
①体系的熵值：体系的________越大，体系的熵值就________。
②同一种物质的熵值：S(g)____S(l)____S(s)，同一条件下，不同物质的熵值不同。
(3)熵变与化学反应进行方向的关系
①自发进行的化学反应大多是熵________的反应，有些熵________的化学反应也能自发进行。不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。
②与环境既没有物质交换也没有能量交换的孤立体系或绝热体系，自发过程总向着熵增加的方向进行。
(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。
3．自由能与化学反应的方向
(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不仅与焓变和熵变有关，还与________有关。
(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____________。
类型 | ΔH | ΔS | ΔG | 反应的自发性 |
1 | <0 | >0 | <0 | 一定能自发 |
2 | >0 | <0 | >0 | 一定不能自发 |
3 | <0 | <0 | 正负决定于温度 | 低温能自发 |
4 | >0 | >0 | 高温能自发 |
(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)SO2(g)===S(g)＋O2(g) ΔH>0，ΔS>0，该反应不能自发进行( )
(4)NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)
ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向( )
1．(2022·浙江1月选考，20)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
2．已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1 ΔS＝＋160.4 J·mol－1·K－1，则
(1)该反应________(填“能”或“不能”)正向自发进行。
(2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为____________。
3．在化学反应A(g)＋B(g)2C(g)＋D(g) ΔH＝Q kJ·mol－1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。
(1)Q________(填“>”“<”或“＝”，下同)0。熵变ΔS________0。该反应______(填“能”或“不能”)自发进行。
(2)升高温度平衡常数K________(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡向__________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
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