2020年高考各科总复习考点一遍过讲义考点41 化学反应进行的方向-备战2020年高考化学考点一遍过

考点41 化学反应进行的方向

1．自发过程

（1）含义

在一定条件下，不需要借助外力就可以自动进行的过程。

（2）特点

①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)；

②在密闭条件下，体系有从有序自发地转变为无序的倾向(无序体系更加稳定)。

2．化学反应方向的判据

（1）焓判据

放热反应过程中体系能量降低，ΔH<0，具有自发进行的倾向。

但有些吸热反应也可以自发进行，故只用焓变判断反应进行的方向有一定的局限性。

（2）熵判据

①熵：衡量体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为J·mol⁻¹·K⁻¹。

②熵的大小：同种物质，三种聚集状态下，熵值由大到小的顺序为S(g)>S(l)>S(s)。

③熵判据：体系的混乱度增加，ΔS>0，反应有自发进行的倾向。但有些熵减的过程也能自发进行，故只用熵变来判断反应进行的方向也不全面。

（3）复合判据——自由能变化判据

在温度、压强一定的条件下，化学反应进行的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，因此，把焓变和熵变判据结合起来组成的复合判据即自由能变化ΔG，更适合于所有过程的判断。ΔG=ΔH−TΔS（T为开尔文温度），ΔG的正、负决定着反应的自发与否。

①ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。

②ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态。

③ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。

考向 化学反应方向的判定

典例1 下列过程一定不能自发进行的是

A．2N₂O₅(g)===4NO₂(g)＋O₂(g)　ΔH＞0

B．2H₂(g)＋O₂(g)===2H₂O(l)　ΔH＜0

C．(NH₄)₂CO₃(s)===NH₄HCO₃(s)＋NH₃(g)　ΔH＞0

D．2CO(g)===2C(s)＋O₂(g)　ΔH＞0

【解析】A.ΔH＞0，ΔS＞0，在较高温度下可满足ΔH－T·ΔS＜0，即在较高温度下反应能自发进行，故A不选；B.ΔH＜0，ΔS＜0，温度较低时即可满足ΔH－T·ΔS＜0，能自发进行，故B不选；C.ΔH＞0，ΔS＞0，在较高温度下可满足ΔH－T·ΔS＜0，即在较高温度下反应能自发进行，故C不选；D.ΔH＞0，ΔS＜0，一般情况下ΔG＝ΔH－T·ΔS＞0，不能自发进行，故选D。

【答案】D

1．已知反应2CO(g) 2C(s)+O₂(g)的ΔH为正值，ΔS为负值，设ΔH和ΔS不随温度的改变而改变。则下列说法中，正确的是

A．低温下是自发变化

B．高温下是自发变化

C．低温下是非自发变化，高温下是自发变化

D．任何温度下是非自发变化

焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响

ΔH	ΔS	ΔH−TΔS	反应情况
−	+	始终是负值	在任何温度下反应均自发进行
+	−	始终是正值	在任何温度下反应均非自发进行
+	+	低温为正高温为负	低温时非自发，高温时自发
−	−	低温为负高温为正	低温时自发，高温时非自发

1．下列说法不正确的是

A．焓变是一个与反应能否自发进行有关的因素，多数能自发进行的反应是放热反应

B．在同一条件下不同物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大

C．一个反应能否自发进行取决于该反应是放热还是吸热

D．一个反应能否自发进行，与焓变和熵变的共同影响有关

2．已知：(NH₄)₂CO₃(s) NH₄HCO₃(s)+NH₃(g)　ΔH=+74.9 kJ· mol⁻¹，下列说法中正确的是

A．该反应中熵变、焓变皆大于0

B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行

C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行

D．能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应

3．下列变化过程中，ΔS＜0的是

A．氯化钠溶于水中

B．NH₃(g)与HCl(g)反应生成NH₄Cl(s)

C．干冰(CO₂)的升华

D．CaCO₃(s)分解为CaO(s)和CO₂(g)

4．某反应2AB(g) C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，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

5．下列反应中，一定不能自发进行的是

A．2KClO₃(s)===2KCl(s)＋3O₂(g)　ΔH＝－78.03 kJ·mol^－1　ΔS＝1 110 J·mol^－1·K^－1

B．CO(g)===C(石墨)＋O₂(g)　ΔH＝110.5 kJ·mol^－1　ΔS＝－89.36 J·mol^－1·K^－1

C．4Fe(OH)₂(s)＋2H₂O(l)＋O₂(g)===4Fe(OH)₃(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol^－1　ΔS＝－280.1 J·mol^－1·K^－1

D．NH₄HCO₃(s)＋CH₃COOH(aq)===CO₂(g)＋CH₃COONH₄(aq)＋H₂O(l)　ΔH＝37.30 kJ·mol^－1　ΔS＝184.05 J·mol^－1·K^－1

6．在一定条件下，对于反应：mA(g)+nB(g) cC(g)+dD(g)，C物质的质量分数（C%）与温度、压强的关系如图，下列判断正确的是

A．△H＜0 △S＞0 B．△H＞0 △S＜0

C．△H＞0 △S＞0 D．△H＜0 △S＜0

7．下列对化学反应预测正确的是

选项	化学反应方程式	已知条件	预测
A	M(s) X(g)+Y(s)	ΔH>0	它是非自发反应
B	W(s)+xG(g) 2Q(g)	ΔH<0，自发反应	x可能等于1、2、3
C	4X(g)+5Y(g) 4W(g)+6G(g)	能自发反应	ΔH一定小于0
D	4M(s)+N(g)+2W(l) 4Q(s)	常温下，自发进行	ΔH>0

8．选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝技术是一种成熟的NO_x控制处理方法。这种方法是指在有氧条件下且合适的温度范围内，用还原剂NH₃在催化剂的作用下将NO_x有选择性地还原为氮气和水，主要反应式如下：

反应Ⅰ： NH₃(g)＋4NO(g)＋O₂(g) N₂(g)＋ H₂O(g)　ΔH₁＝a kJ·mol^－1

反应Ⅱ：4NH₃(g)＋2NO₂(g)＋O₂(g) 3N₂(g)＋6H₂O(g)　ΔH₂＝b kJ·mol^－1

当反应温度过高时，会发生以下副反应：

反应Ⅲ：2NH₃(g)＋2O₂(g) N₂O(g)＋3H₂O(g)　ΔH₃＝c kJ·mol^－1

反应Ⅳ：4NH₃(g)＋5O₂(g) 4NO(g)＋6H₂O(g)　ΔH₄＝d kJ·mol^－1

请回答下列问题：

（1）配平反应Ⅰ的化学方程式：

NH₃(g)＋4NO(g)＋O₂(g) N₂(g)＋ H₂O(g)

（2）研究反应Ⅱ的平衡常数(K)与温度(T)的关系，得到如图甲所示的关系。

①反应Ⅱ的平衡常数表达式为 。

②反应Ⅱ能够自发进行的反应条件是 。

（3）反应2NO(g)＋O₂(g) 2NO₂(g)的ΔH＝ kJ·mol^－1(用含a、b、d的式子表示)。

（4）为研究NH₃选择性催化还原脱硝的反应条件，某科研小组通过一系列实验，分别得出脱硝率与温度、氨氮比的关系[其中表示氨氮比，O₂%表示氧气含量]。

①图乙中，当温度高于405 ℃后，NO_x的脱除率会逐渐减小，原因是 。

②图丙中，最佳氨氮比为2.0，理由是 。

（5）请在图丁中，用实线画出不使用催化剂情况下(其他条件完全相同)的图示。

1．［江苏］［双选］在体积均为1.0 L的两恒容密闭容器中加入足量的相同的炭粉，再分别加入0.1 mol CO₂和0.2 mol CO₂，在不同温度下反应CO₂(g)+C(s) 2CO(g)达到平衡，平衡时CO₂的物质的量浓度c(CO₂)随温度的变化如图所示(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ点均处于曲线上)。下列说法正确的是

A．反应CO₂(g)+C(s) 2CO(g)的ΔS>0、ΔH<0

B．体系的总压强p_总：p_总(状态Ⅱ)>2p_总(状态Ⅰ)

C．体系中c(CO)：c(CO，状态Ⅱ)<2c(CO，状态Ⅲ)

D．逆反应速率v_逆：v_逆(状态Ⅰ)>v_逆(状态Ⅲ)

2．下列有关说法不正确的是

A．(江苏高考)反应NH₃(g)＋HCl(g) NH₄Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0

B．(江苏高考)CaCO₃(s) CaO(s)＋CO₂(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0

C．(江苏高考)一定温度下，反应MgCl₂(l) Mg(l)＋Cl₂(g)的ΔH>0、ΔS>0

D．(天津高考) Na与H₂O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行

变式拓展

1．【答案】D

【解析】题中反应的ΔH为正值，ΔS为负值，则ΔG=ΔH−TΔS>0恒成立，所以任何温度下反应都不能自发进行。

考点冲关

1．【答案】C

【解析】一个反应能否自发进行要由该反应的熵变和焓变共同判断，C项错误。

2．【答案】A

【解析】由方程式可知，该反应分解有气体生成，是一个熵增的过程，ΔS>0，ΔH>0，A正确；B项中当ΔH−TΔS<0时，反应能自发进行，错误；碳酸钠、碳酸钾稳定性好，不能自发进行分解，C错误；焓变和熵变共同决定化学反应进行的方向，D错误。

3．【答案】B

【解析】A.氯化钠溶于水中，固体变成溶液，混乱度增大，ΔS＞0，故A错误；B.NH₃(g)与HCl(g)反应生成NH₄Cl(s)，气体体积减小，反应后熵变减小，ΔS＜0，故B正确；C.干冰(CO₂)的升华，混乱度增大，ΔS＞0，故C错误；D.CaCO₃(s)分解为CaO(s)和CO₂(g)，气体体积增大，混乱度增大，ΔS＞0，故D错误。

4．【答案】C

【解析】反应2AB(g) C(g)＋3D(g)的正反应为气体总分子数增加的反应，则有ΔS＞0。在高温时能自发进行，其逆反应在低温下能自发进行，说明正反应高温时的ΔH－TΔS＜0，而低温时的ΔH－TΔS＞0，从而可得ΔH＞0。

【易错提醒】反应自发进行的判断误区

（1）反应能否自发进行，需要综合考虑焓变和熵变对反应的影响。

（2）复合判据ΔH–TΔS<0的反应不一定能够实际发生。

（3）自发反应的熵不一定增大，非自发反应的熵也不一定减小。

5．【答案】B

【解析】A项，反应为放热的熵增加反应，一定能自发进行；C项，常温、常压下反应能自发进行；D项，常温、常压下反应能自发进行。

6．【答案】A

【解析】采取定一议二法分析，由图像可知，压强一定时，温度越高，C物质的浓度越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；温度一定时，压强越高，C物质的浓度越小，说明增大压强平衡向逆反应方向移动，据此答题。

由图像可知，压强一定时，温度越高，C物质的浓度越小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，升高温度平衡向吸热反应方向移动，说明正反应为放热反应，即△H＜0；温度一定时，压强越高，C物质的浓度越小，说明增大压强平衡向逆反应方向移动，增大压强平衡向体积减小的方向移动，即△S＞0，故A正确。故选A。

【点睛】对于化学平衡的有关图象问题可以采用定一议二的方法，当图象中有三个量时，先确定一个量不变，再讨论另外两个量的关系。

7．【答案】B

【解析】根据复合判据：ΔG=ΔH–T·ΔS，M(s) X(g)+Y(s)，固体分解生成气体，为熵增反应，ΔH>0，在高温下，能自发进行，A错误；W(s)+xG(g) 2Q(g)　ΔH<0，能自发进行，若熵增，任何温度下都能自发进行，若熵减，在低温条件下能自发进行，所以，G的计量数不确定，x等于1、2或3时，都符合题意，B正确；4X(g)+5Y(g) 4W(g)+6G(g)是熵增反应，当ΔH>0时，在高温下可能自发进行，C错误；4M(s)+N(g)+2W(l) 4Q(s)为熵减反应，常温下能自发进行，说明该反应一定是放热反应，D错误。

8．【答案】（1）4　4　6

（2）①K＝　②高温 （3）

（4）①温度过高时，NH₃会与O₂发生副反应生成N₂O、NO

②氨氮比从2.0到2.2，脱硝率变化不大，但氨的浓度增加较大，成本提高

（5）

【解析】（1）根据方程式可知NH₃中氮元素化合价从－3价升高到0价，NO中氮元素化合价从＋2价降低到0价，O₂中氧元素化合价从0价降低到－2价，根据电子得失守恒以及原子守恒可配平方程式为4NH₃(g)＋4NO(g)＋O₂(g) 4N₂(g)＋6H₂O(g)。

（2）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，根据方程式可知该反应的平衡常数表达式为K＝。②根据图像可知，升高温度平衡常数增大，说明正反应是吸热反应，ΔH＞0。由于正反应是熵值增大的反应，则根据ΔG＝ΔH－T·ΔS可知满足自发进行的条件应该是高温。

（3）已知反应①4NH₃(g)＋4NO(g)＋O₂(g) 4N₂(g)＋6H₂O(g)　ΔH₁＝a kJ·mol^－1，②4NH₃(g)＋2NO₂(g)＋O₂(g) 3N₂(g)＋6H₂O(g)　ΔH₂＝b kJ·mol^－1，③4NH₃(g)＋5O₂(g) 4NO(g)＋6H₂O(g) ΔH₄＝d kJ·mol^－1，根据盖斯定律可知，即可得到反应2NO(g)＋O₂(g) 2NO₂(g)，则ΔH＝ kJ·mol^－1。

（4）①由于当温度过高时，NH₃会与O₂发生副反应生成N₂O、NO，从而使NO_x的脱除率逐渐减小。②根据图像可知氨氮比从2.0到2.2，脱硝率变化不大，但氨的浓度增加较大，成本提高。因此，最佳氨氮比为2.0。

（5）使用催化剂，只能加快反应速率从而缩短到达平衡的时间，对平衡状态无影响，由于横坐标是氧气含量，纵坐标是脱硝率，其他条件都保持不变，是否使用催化剂对平衡点无影响，所以作出的图应与原图一致。

直通高考

1．【答案】BC

【解析】由图可知，升高温度，c(CO₂)降低，即平衡正向移动，所以该反应为吸热反应，ΔH>0，A项错误；相同温度下，图中Ⅱ点所在曲线对应的c(CO₂)高，表示通入0.2 mol CO₂，则Ⅰ点所在曲线表示通入0.1 mol CO₂，Ⅰ点和Ⅱ点的c(CO₂)相等，由图知参加反应的CO₂的物质的量：Ⅱ点大于Ⅰ点的2倍，且该反应为气体分子数增多的反应，同时Ⅱ点的温度比Ⅰ点高，所以体系的总压强p_总：p_总(状态Ⅱ)>2p_总(状态Ⅰ)，B项正确；状态Ⅱ中CO₂的投入量为状态Ⅲ的2倍，因状态Ⅱ压强比状态Ⅲ大，而加压平衡逆向移动，则状态Ⅱ中的c(CO)小于状态Ⅲ中c(CO)的2倍，C项正确；状态Ⅲ比状态Ⅰ的温度高，温度越高，反应速率越快，所以状态Ⅲ的反应速率快，D项错误。

2．【答案】B

【解析】A项，根据该反应中各物质的聚集状态可知，该反应的ΔS<0，在室温下该反应能自发进行，则该反应为放热反应，正确；B项，不能自发进行说明该反应ΔG=ΔH−TΔS>0，该反应ΔS>0，ΔH>0，错误；C项，该反应吸热，ΔH>0，反应物为液体，有气态物质生成，所以ΔS>0，正确；D项，Na与H₂O的反应是固体液体反应生成气体，故该反应为熵增的反应，故△S>0，在反应中钠会熔化成一光亮的小球四处游动，发出咝咝声响，故该反应为放热反应，则△H<0，故△G=△H−T△S<0，故该反应能自发进行，正确。

 

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