第2章 第3节 化学反应的方向-【正禾一本通】2025-2026学年高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书（人教版单选）

第三节　化学反应的方向　 1．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。 2．能结合具体事例说明反应自发进行的方向 「任务」　探究化学反应方向的判断 现代社会要求化学家解决新的化学反应问题。汽车尾气中含有NO和CO等有毒气体，为除去有毒气体，有人假定让NO 和 CO 发生反应变成 N2 和CO2[2NO(g)＋2CO(g)⥫⥬N2(g)＋2CO2(g)]。 问题1.为了除去汽车尾气中的NO和CO有毒气体，需要考虑哪些因素？ 提示：需要考虑上述反应能否发生。如果能发生，需要考虑反应的快慢等问题。 问题2.汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH＞0，简述该设想能否实现的依据。 提示：不能实现，因为该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，反应不可能自发进行。 一、 化学反应自发性与焓变 1．自发过程和自发反应 自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。有些化学反应也是自发进行的，而且有方向性。 ◎苏教版《化学反应原理》P55 自发反应 像锌与硫酸铜溶液、氯气与溴化钾溶液、乙烯与溴单质等反应那样，在一定条件下能自动进行的反应，我们称之为自发反应(spontaneous reaction)。 2．化学反应自发性与反应焓变的关系 绝大多数放热反应是自发的，但有些吸热反应也能自发进行，所以不能只根据放热或者吸热来判断化学反应的方向。 二、化学反应的方向与熵变 1．熵和熵变 (1)熵：度量体系的混乱程度的物理量，其符号为S。 (2)熵变：生成物与反应物熵值之差，符号为ΔS。 2．影响熵大小的因素 (1)同一条件下，不同的物质熵不同。 (2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如同一种物质不同状态的熵的大小为S(g)>S(l)>S(s)。 (3)同一物质，物质的量越大，分子数越多，熵越大。 (4)同一物质，体系的混乱度越大，熵越大。 3．熵变与反应方向 (1)二者关系 (2)结论：不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。 三、化学反应的方向与自由能 1．自由能 符号为G，单位为kJ·mol-1，自由能的变化为ΔG＝ΔH－TΔS。 2．反应方向与自由能的关系 在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向着自由能减小的方向进行，直至体系达到平衡。 (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。 3．ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关 (1)当ΔH＜ 0，ΔS＞ 0时，反应能自发进行。 (2)当ΔH＞ 0，ΔS＜ 0时，反应不能自发进行。 (3)当ΔH＞0，ΔS＞0 或ΔH＜0，ΔS＜0 时，反应能否自发进行与温度有关。一般低温时以ΔH的影响为主，高温时以ΔS的影响为主。 (1)室温下冰变成水，属于自发过程(√) (2)自发过程不需要任何条件就能发生(×) (3)能自发进行的反应，反应速率一定很大(×) (4)NH4HCO3(s)＋HCl(aq)===NH4Cl(aq)＋CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝＋31.4 kJ/mol，该反应的ΔH>0，反应不能自发进行(×) (5)O2转变为O3时，熵减小(√) (6)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)是熵减(ΔS<0)的反应，因此不能自发进行(×) 突破1　反应的焓变与熵变 【例1】 （2022·浙江1月选考）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 解析：选D。强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS，取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系，若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS＞0，反之，熵减，即ΔS＜0。综上所述，D符合题意。 1．熵表示系统混乱程度。体系越混乱，则熵越大。 2．在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(ΔS>0)的方向转变的倾向。 ◎沪科技版《化学反应原理》P29 熵和熵变的一些规律 1．同种物质的 S(g)>S(l)>S(s)；同类物质的摩尔质量越大，熵越大，如甲烷的熵小于乙烷。 2．对于有气体参加的反应，若反应后气体分子数增加，该反应的ΔS＞0；若反应后气体分子数减少，该反应的ΔS<0；若反应前后气体分子数不变，该反应的ΔS变化很小。 突破2　化学反应方向的判断 【例2】 （2025·安徽亳州高二期末）已知某些化学反应的焓变、熵变如下表所示，假设它们不随温度变化，下列说法正确的是(　　) 化学反应 ΔH/(kJ·mol-1) ΔS/(J·mol-1·K-1) ①2H2O(l)＋O2(g)===2H2O2(aq) ＋98 －57.2 ②HCl(g)＋NH3(g)===NH4Cl(s) －176 －285 ③TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C（s，石墨）⥫⥬TiCl4(g)＋2CO(g) －59 ＋146 A．反应①在高温下能自发进行 B．反应②能自发进行的温度T<617.5 K C．反应③只有在低温下能自发进行 D．若将TiO2、C固体粉碎，反应③的反应速率和平衡常数K都增大 【命题分析】 本题利用三个化学反应，考查对化学反应进行方向的理解，同时涉及平衡常数的考查。 【点拨】 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，即将ΔS的单位换算为kJ/(mol·K)或将ΔH的单位换算为J/mol，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。 解析：选B。由表中数据可知，反应①为吸热的熵减反应，在任何温度下都有ΔH－TΔS>0，所以反应①在任何温度下，都不能正向自发进行，A错误； 反应②在低温下能自发进行，则－176＋0.285T<0，T<617.5 K时，反应能正向自发进行，B正确；反应③为放热的熵增反应，在任何温度下均能自发进行，C错误；平衡常数受温度的影响，将TiO2、C固体粉碎，反应③的反应速率增大，但是平衡常数K不变，D错误。 1．焓判据 放热过程中体系能量降低，ΔH<0，反应具有自发进行的倾向。ΔH＜0 有利于反应自发进行，自发反应不一定ΔH＜0。 2．熵判据 在密闭条件下，体系有自发地向混乱度增加(ΔS>0)的方向转变的倾向。ΔS＞0 有利于反应自发进行，但自发反应不一定ΔS＞0。 3．综合判据 1．熵变和焓变是判断反应能否自发的重要依据。下列反应任意条件下均可自发进行的是(　　) A．2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH＜0 B．2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＜0 C．(NH4)2CO3(s)===2NH3(g)＋H2O(l)＋CO2(g)　ΔH＞0 D．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH＞0 答案：B。 2．（2025·上海育辛高级中学高三期中）关于如图所示的反应，下列说法中正确的是(　　) A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH<0，ΔS>0 答案：C。 3．2NH3(g)⥫⥬N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋90.8 kJ·mol-1　ΔS＝＋198.9 J·mol-1·K-1，在下列哪个温度下反应能自发进行(　　) A．25 ℃ B．125 ℃ C．300 K D．325 ℃ 解析：选D。在等温等压的反应中ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，正反应能自发进行，其中ΔH＝＋90.8 kJ·mol-1，ΔS＝＋198.9 J·mol-1·K-1，则T＞＝≈456.5 K＝183.5 ℃，选项D正确。 1．（2025·北京交通大学附中期中）下列有关化学反应自发性说法正确的是(　　) A．放热反应一定是自发进行的反应 B．化学反应的熵变与反应的方向无关 C．反应：Mg＋2H＋===Mg2+＋H2↑，常温下一定能自发进行的判据是ΔH<0，ΔS>0 D．只有不需要任何条件才能够自动进行的过程才是自发过程 答案：C。 2．下列属于化学反应且ΔH<0且ΔS>0的是(　　) A．H2O(g)⥫⥬H2O(l) B．4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) C．浓硫酸稀释 D．2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g) 解析：选B。气态水变为液态水，浓硫酸溶于水，不是化学反应，A、C错误；4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)的ΔH<0，且ΔS>0，B正确；SO2的氧化反应为放热反应，即ΔH<0，但ΔS<0，D错误。 3．下列说法正确的是(　　 ) A．常温下反应C(s)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)，不能正向自发进行，则该反应ΔH<0 B．反应2Mg(s)＋CO2(g)⥫⥬C(s)＋2MgO(s)能正向自发进行，则该反应ΔH<0 C．P4(s)＋3NaOH(aq)＋3H2O(l)===3NaH2PO2(aq)＋PH3(g)　ΔH>0，该反应常温下能正向自发进行，则ΔS<0 D．反应SiO2(s)＋3C(s)===SiC(s)＋2CO(g)室温下不能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 解析：选B。ΔG＝ΔH－TΔS<0反应自发进行；C(s)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)为熵增反应，常温下反应不能正向自发进行，则该反应ΔH>0，A错误；反应2Mg(s)＋CO2(g)⥫⥬C(s)＋2MgO(s)为熵减反应，能正向自发进行，则反应ΔH<0，B正确；反应ΔH>0且反应常温下能正向自发进行，则为熵增反应，ΔS>0，C错误；反应SiO2(s)＋3C(s)===SiC(s)＋2CO(g)为熵增反应，室温下不能正向自发进行，则该反应的焓变ΔH>0，D错误。 4．（2025·浙江杭州高二期中）下列说法错误的是(　　) A．1 mol SO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]<S[SO3(g)] B．2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 C．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH>0能否自发进行与温度有关 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 解析：选B。该反应为气体体积减少的反应，ΔS<0，若该反应ΔH>0，则在任何条件下反应都不能自发进行，而该反应在常温下能自发进行，说明该反应的ΔH<0，B错误。 5．运用化学反应原理研究合成氨反应有重要意义，请完成下列探究。 生产氢气：将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气。 C(s)＋H2O(g)⥫⥬H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol-1，ΔS＝＋133.7 J·mol-1·K-1 该反应在低温下　　 　（填“能”或“不能”）自发进行。 答案：不能 学科网（北京）股份有限公司 $