第2章 第3节 化学反应的方向-【金版教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1创新导学案全书Word（人教版2019 单选版）

化学 选择性必修1 RJ(单选版) 第三节　化学反应的方向 1.了解自发过程和反应的自发性。2.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。3.能用焓变、熵变判断化学反应进行的方向。 1.焓变与反应的方向 （1）自发过程与自发反应：自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的，如水由高处流向低处。有些化学反应也是自发进行的，而且具有方向性。 （2）焓变与化学反应进行方向的关系 ①实验发现，大多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 ②事实表明，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。 结论：只用焓变判断反应是否自发进行不全面。 2.熵变与反应的方向 （1）熵、熵变的概念 （2）熵值大小 ①体系的熵值：体系的混乱度越大，体系的熵值就越大。 ②同一物质的熵值：S（g）>S（l）>S（s），同一条件下，不同物质的熵值不同。 （3）体系有自发地向混乱度增加（即熵增，ΔS>0）的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断反应进行的方向。 （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2KClO32KCl＋3O2↑；CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑等。 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）。 结论：只用熵变判断反应是否自发进行不全面。 3.自由能与化学反应的方向 （1）自由能 符号为G，单位为kJ/mol。 （2）自由能变化与焓变、熵变的关系：ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变和熵变有关，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。 　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行。（　　） （2）自发反应一定是熵增的放热反应。（　　） （3）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。（　　） （4）CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0。（　　） （5）同种物质气态时熵值最大。（　　） 答案：（1）×　（2）×　（3）×　（4）×　（5）√ 知识点　判断化学反应进行的方向 1.自发过程 （1）含义 在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程。 （2）特点 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能自发。 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。 2.判断化学反应的自发性 3.利用自由能公式计算反应自发进行的最低温度 若题目提供了ΔH和ΔS的数据，可利用ΔG＝ΔH－TΔS<0，来计算反应自发进行的最低温度。计算时要注意以下两点： （1）给出的ΔH的单位通常为kJ/mol，ΔS的单位通常为J/（mol·K），进行计算时要将二者的单位统一，再代入数值进行计算。 （2）温度用绝对温度K，而不能用 ℃，其中T＝（273＋t）K。 1.下列说法不正确的是（　　） A.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据 B.反应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进行的倾向 C.ΔH<0、ΔS>0的反应在任何温度下都能自发进行 D.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速率 答案：A 2.下列内容与结论相对应的是（　　） 选项 内容 结论 A H2O（g）变成H2O（l） ΔS>0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为该过程的ΔS>0 C 一个反应的ΔH>0、ΔS>0 反应一定不能自发进行 D H2（g）＋F2（g）===2HF（g）的ΔH＝－271 kJ·mol－1，ΔS＝＋8 J·mol－1·K－1 反应在任意温度下都不能自发进行 答案：B 3.实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是（　　） 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因素 答案：C 本课总结 自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 随堂提升 1.下列反应过程中，ΔH>0且ΔS>0的是（　　） A.NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s） B.CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g） C.4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s） D.HCl（aq）＋NaOH（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l） 答案：B 2.关于反应3O2（g）===2O3（g），反应过程中能量的变化如图所示，下列有关该反应的ΔH、ΔS的说法中正确的是（　　） A.ΔH<0　ΔS<0 B.ΔH>0　ΔS<0 C.ΔH<0　ΔS>0 D.ΔH>0　ΔS>0 答案：B 3.碳酸铵[（NH4）2CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气，对其说法中正确的是（　　） A.碳酸铵分解是因为生成了易挥发的气体，使体系的熵增大 B.碳酸铵分解是因为外界给予了能量 C.碳酸铵分解是吸热反应，此反应不应该自发进行，必须借助外力才能进行 D.碳酸盐都不稳定，都能自发分解 答案：A 解析：碳酸铵在室温下就能自发地分解，不需要外界给予能量，故B错误；有些吸热反应也可自发，焓变不是判断自发反应的唯一因素，应根据ΔG＝ΔH－TΔS进行判断，故C错误；有的碳酸盐稳定，不能自发分解，如Na2CO3受热不分解，故D错误。 4.下列说法正确的是（　　） A.放热反应都能自发进行，吸热反应都不能自发进行 B.电解水为自发反应 C.反应NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）在室温下可自发进行，则该反应的ΔH>0 D.W（s）＋xG（g）===2Q（g）　ΔH<0，能自发进行，x可能等于1 答案：D 解析：大多数放热反应能自发进行，有些吸热反应也能自发进行，A错误；电解水是在外电场的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发反应，B错误；反应能自发进行的判据是ΔG＝ΔH－TΔS<0，由反应方程式NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）可知，该反应的ΔS<0，要使ΔH－TΔS<0，必须满足ΔH<0，C错误；反应ΔH<0，若x为1，ΔS>0，该反应一定能自发进行，D正确。 5.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应：①CH4（g）===C（s）＋2H2（g），②2CH4（g）===C2H2（g）＋3H2（g）。某同学为了得到用天然气制取炭黑的允许温度范围和最佳温度，在图书馆查到了如下热力学数据：反应①的ΔH（298 K）＝＋74.848 kJ·mol－1，ΔS（298 K）＝＋80.674 J·mol－1·K－1；反应②的ΔH（298 K）＝＋376.426 kJ·mol－1，ΔS（298 K）＝＋220.211 J·mol－1·K－1。已知焓变和熵变随温度变化很小。请帮助这位同学考虑如下问题： （1）判断反应②高温自发还是低温自发：　　　　（填“高温”或“低温”）。 （2）通过计算判断反应①在常温下能否自发进行：　　　　（填“能”或“不能”）。 （3）求算制取炭黑的允许温度范围：　　　　　　　　　。 答案：（1）高温　（2）不能　（3）927.8～1709.4 K 解析：（1）ΔH－TΔS<0时反应才能自发进行，因为反应②的ΔH>0、ΔS>0，所以该反应自发进行所需要的温度条件为T>＝≈1709.4 K，即反应②在高温下能自发进行。 （3）甲烷生成炭黑和H2时，ΔH－TΔS＝74.848 kJ·mol－1－80.674×10－3 kJ·mol－1·K－1×T<0，得T>927.8 K，即甲烷生成炭黑的最低温度为927.8 K。甲烷生成乙炔时，温度高于1709.4 K，所以要制取炭黑，温度应控制在927.8～1709.4 K。 课时作业 一、选择题（每小题只有1个选项符合题意） 1.在低温条件下，下列过程能自发进行的是（　　） A.Na―→Na＋＋e－ B.H2O（g）―→H2O（l） C.NH4Cl―→NH3↑＋HCl↑ D.Cu＋H2SO4―→CuSO4＋H2↑ 答案：B 2.以下自发过程可用焓变来解释的是（　　） A.硝酸铵自发地溶于水 B.两种理想气体自发混合时热效应为0 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 答案：D 3.化学反应进行的方向是一个比较复杂的问题。下列有关说法正确的是（　　） A.反应2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）的ΔS>0 B.ΔH<0或ΔS>0的反应一定能自发进行 C.1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O（g）]<S[H2O（s）] D.ΔS>0、ΔH>0的反应能否自发进行与温度有关 答案：D 4.25 ℃和1.01×105 Pa时，反应2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋109.8 kJ/mol，自发进行的原因是（　　） A.吸热反应 B.放热反应 C.熵减少的反应 D.熵增效应大于热效应 答案：D 解析：该反应是熵增的反应，ΔS>0，且ΔH>0，25 ℃时能自发进行，说明熵增的效应大于热效应，D正确。 5.闪电时空气中的N2和O2会发生反应：N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH＝＋180.50 kJ·mol－1，ΔS＝＋247.3 J·mol－1·K－1，若不考虑温度对该反应焓变的影响，则下列说法中正确的是（　　） A.在1000 ℃时，此反应能自发进行 B.在1000 ℃时，此反应不能自发进行 C.该反应能自发进行的最低温度约为730 ℃ D.该反应能自发进行的最高温度约为730 K 答案：A 6.已知石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为C（石墨，s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH（298 K）＝－393.5 kJ/mol和C（金刚石，s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH（298 K）＝－395.4 kJ/mol，已知相同条件下石墨的熵值大于金刚石。从理论上判断下列关于金刚石和石墨的相互转化的说法正确的是（　　） A.石墨转化成金刚石是自发进行的过程 B.石墨转化成金刚石的反应必须借助外力 C.石墨转化为金刚石仅在高温下自发 D.金刚石转化为石墨仅在高温下自发 答案：B 解析：由题意及分析可知，石墨转化为金刚石是吸热（ΔH＞0）、熵减（ΔS＜0）的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知，任何温度下都不自发，必须借助外力，故选B。 7.已知碳酸钙的分解①CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH1，仅在高温下自发；②氯酸钾的分解2KClO3（s）===2KCl（s）＋3O2（g）　ΔH2，在任何温度下都自发。下面有几组焓变数据，其中可能正确的是（　　） A.ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1　ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1 B.ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1　ΔH2＝－78.3 kJ·mol－1 C.ΔH1＝－178.32 kJ·mol－1　ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1 D.ΔH1＝＋178.32 kJ·mol－1　ΔH2＝＋78.3 kJ·mol－1 答案：B 8.下列有关化学反应自发性的说法中不正确的是（　　） A.SiO2（s）＋2C（s）===Si（s）＋2CO（g）只能在高温下自发进行，则该反应的ΔH>0 B.X2Y2（s）===X2（g）＋Y2（g）　ΔH<0，该反应在高温下才能发生 C.BaSO4（s）＋4C（s）===BaS（s）＋4CO（g）在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0 D.常温下，2NO（g）＋O2（g）===2NO2（g）能够自发进行，则该反应的ΔH<0 答案：B 解析：SiO2（s）＋2C（s）===Si（s）＋2CO（g）的ΔS>0，若只能在高温下自发进行，则表明反应吸热，即该反应的ΔH>0，A正确；X2Y2（s）===X2（g）＋Y2（g）的ΔS>0、ΔH<0，则该反应在任意温度下都可自发进行，B错误；BaSO4（s）＋4C（s）===BaS（s）＋4CO（g）的ΔS>0，在室温下不能自发进行，则表明反应吸热，即说明该反应的ΔH>0，C正确；常温下，2NO（g）＋O2（g）===2NO2（g）的ΔS<0，能够自发进行，则表明反应放热，即该反应的ΔH<0，D正确。 9.反应1：4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s） ΔH1＝－1648 kJ/mol 反应2：C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH2＝－393 kJ/mol 反应3：2Fe（s）＋2C（s）＋3O2（g）===2FeCO3（s）　ΔH3＝－1480 kJ/mol 反应4：2FeCO3（s）＋O2（g）===2CO2（g）＋Fe2O3（s）　ΔH4 已知298 K、101 kPa时，下列说法不正确的是（　　） A.上述反应1、2、3、4在热力学上自发趋势都很大 B.反应1和3在较低温度下能自发反应，反应4是熵增反应 C.自发反应不一定能发生，只能判断过程的方向，不能确定过程发生的速率 D.反应1表示铁在氧气中燃烧的热化学方程式 答案：D 解析：根据盖斯定律，反应4＝反应1×＋反应2×2－反应3，ΔH4＝ kJ/mol＝－130 kJ/mol，反应1、2、3、4均为放热反应。题述反应1、2、3、4都是放热反应且放出的热量较多，在热力学上自发趋势很大，A正确；反应1和3都是放热的熵减反应，根据ΔH－TΔS<0知，在较低温度下能自发进行，反应4是气体分子数增大的反应，它是熵增反应，B正确；化学反应的自发性只能判断过程的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率，C正确；铁在氧气中燃烧只生成四氧化三铁，D错误。 10.在一定条件下，对于反应mA（g）＋nB（g）cC（g）＋dD（g），C物质的体积分数（C%）与温度、压强的关系如图所示，下列判断正确的是（　　） A.ΔH<0　ΔS>0 B.ΔH>0　ΔS<0 C.ΔH>0　ΔS>0 D.ΔH<0　ΔS<0 答案：A 11.下列反应及其自由能与温度的关系如下图所示： Ⅰ.CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）ΔH1＝－116 kJ·mol－1 Ⅱ.CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）ΔH2＝－41 kJ·mol－1 Ⅲ.CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）ΔH3 下列说法错误的是（　　） A.反应Ⅱ在T<427 K时，能自发进行 B.相同温度下，ΔG（Ⅰ）<ΔG（Ⅱ）的主要原因可能是ΔH1<ΔH2 C.ΔH3＝－75 kJ·mol－1 D.400 K时，平衡常数K（Ⅲ）＝K（Ⅰ）－K（Ⅱ） 答案：D 解析：根据自发进行判据ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应Ⅱ在T<427 K时ΔG<0，能自发进行，A正确；ΔS一般均很小，而反应Ⅰ的ΔS<0，相同温度下ΔG（Ⅰ）<ΔG（Ⅱ）的主要原因可能是ΔH1<ΔH2，B正确；根据盖斯定律，反应Ⅰ－反应Ⅱ可得反应Ⅲ，ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－116 kJ·mol－1＋41 kJ·mol－1＝－75 kJ·mol－1，则平衡常数K（Ⅲ）＝，C正确，D错误。 二、非选择题 12.已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之亦然。 （1）已知2CO（g）CO2（g）＋C（s），T＝980 K时，ΔH－TΔS＝0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH－TΔS　　　　0（填“大于”“小于”或“等于”，下同）；当体系温度高于980 K时，估计ΔH－TΔS　　　　0。 （2）电子工业中清洗硅片上的SiO2（s）的反应为SiO2（s）＋4HF（g）===SiF4（g）＋2H2O（g）　ΔH（298.15 K）＝－94.0 kJ·mol－1、ΔS（298.15 K）＝－75.8 J·mol－1·K－1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是　　　　。 答案：（1）小于　大于　（2）T<1240 K 13.回答下列问题： （1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g），该反应的ΔH　　　　（填“>”“<”或“＝”）0，ΔS　　　　（填“>”“<”或“＝”）0，在低温下，该反应　　　　（填“能”或“不能”）自发进行。 （2）超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO＋2CO2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH　　　　（填“>”“<”或“＝”）0。 （3）已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）的ΔH>0，ΔS>0，则： ①该反应常温下　　　　（填“能”或“不能”）自发进行。 ②据本题反应数据分析，温度　　　　（填“能”或“不能”）成为反应方向的决定因素。 （4）已知CaSO4（s）＋CO（g）CaO（s）＋SO2（g）＋CO2（g）　ΔH＝＋218 kJ·mol－1，该反应能够自发进行的反应条件是　　　　。 （5）某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS　　　　（填“>”或“<”）0。 答案：（1）>　>　不能　（2）<　 （3）①不能　②能　（4）高温　（5）> 解析：（1）该反应为吸热反应，化学反应后气体的化学计量数之和增加，所以ΔH>0，ΔS>0，故低温下ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行。 （2）因为ΔS<0，且ΔH－TΔS<0，故ΔH<0。 （3）②该反应的ΔH>0，ΔS>0，属于熵增加的吸热反应，故在高温下该反应能够自发进行。 （5）吸热反应能自发进行，即ΔH>0，ΔH－TΔS<0，又知T>0，故ΔS>0。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$