第2章 第三节 化学反应的方向（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（人教版）

本讲义聚焦化学反应方向的判断，先通过对比表格构建自发过程与自发反应的概念认知，再从焓变、熵变单一判据的局限性切入，引导学生理解自由能综合判据（ΔG=ΔH-TΔS），形成“现象→单一因素→综合因素”的逻辑学习支架。 该资料融合化学观念与科学思维，以H2燃烧、Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应等实例帮助学生建立“物质变化伴随能量与熵变”的认知，通过思考问题（如“自发反应是否需条件”）和例题培养证据推理能力。课中辅助教师系统授课，课后借助归纳总结与分层练习，助力学生巩固知识，查漏补缺。

第三节　化学反应的方向 学习目标 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.了解自发过程和化学反应的自发性，能从焓变、熵变和自由能变化（ΔG）角度判断化学反应的自发性。 知识点一　自发过程与自发反应 1.自发过程和自发反应 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以　自发　进行到显著程度的化学反应 特征 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　 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 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 【思考】　自发反应不需要任何条件就能自发进行吗？ 提示：不是。如H2和O2反应需要点燃。 2.自发过程的特点 （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　自发转变为　无序　的倾向（无序体系更加稳定）。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）能自发进行的反应一定能迅速发生。（　×　） （2）自发过程不需任何条件就能发生。（　×　） （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。（　×　） 2.（2025·浙江特色联盟高二期中联考）下列属于非自发过程的是（　　） A.水由高处向低处流 B.蔗糖在水中溶解 C.天然气的燃烧 D.室温下水结成冰 解析：D　室温下水结成冰是温度降低作用下的变化，不是自发进行的反应，选D。 3.下列关于自发反应的叙述中，正确的是（　　） A.自发反应的逆反应在相同条件下也必定是自发的 B.铁在潮湿的空气中生锈属于非自发反应 C.自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应，而自发反应一定是自发过程 D.自发反应与外界条件无关 解析：C　自发反应的逆反应在相同条件下为非自发反应，A错误；铁的生锈为自发反应，B错误；自发过程包括自发化学反应和自发物理过程，C正确；自发反应受温度等外界条件影响，D错误。 归纳总结 （1）判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢无关。 （2）自发过程的判断，不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力（如电解等）。 知识点二　化学反应方向的判断 1.焓变与化学反应的方向 （1）分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系 ①H2（g）＋O2（g）H2O（l），燃烧反应是　放　热反应，ΔH　＜　0，常温下能自发进行。 ②Zn（s）＋CuSO4（aq）ZnSO4（aq）＋Cu（s），该反应是　放　热反应，ΔH　＜　0，常温下　能　自发进行。 ③2N2O5（g）4NO2（g）＋O2（g），该反应是　吸　热反应，ΔH　＞　0，常温下　能　自发进行。 ④Ba（OH）2·8H2O＋2NH4ClBaCl2＋2NH3·H2O＋8H2O，反应为　吸　热反应，常温下能自发进行。 （2）自发反应与焓变的关系 大多数放热反应可以自发进行，但也有很多吸热反应能自发进行，只用焓判据判断反应是否自发不全面。 2.熵变与化学反应的方向 （1）熵与熵变 （2）熵值大小 ①同一条件下，不同的物质熵值　不同　。 ②体系的熵值：体系的　混乱程度　越大，体系的熵值就　越大　。 ③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）反应熵变与反应方向 ①二者关系 a.许多熵增的化学反应可自发进行（大部分是气体分子数目增多的反应）。 b.有些熵减的反应也可以自发进行，如：4Fe（OH）2（s）＋O2（g）＋2H2O（l）4Fe（OH）3（s）。 ②结论：不能仅用反应熵变判据来判断反应能否自发进行。 【思考】　二氧化碳通入澄清石灰水的反应Ca（OH）2（aq）＋CO2（g）CaCO3（s）＋H2O（l）能否自发进行？该反应为熵增反应还是熵减反应？ 提示：能自发进行，属于熵减的反应。 3.自由能与化学反应的方向 （1）自由能变化 符号为　ΔG　，单位为kJ·mol－1。 （2）自由能变化与焓变、熵变的关系：ΔG＝　ΔH－TΔS　。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　。 【思考】　根据复合判据ΔG＝ΔH－TΔS＜0能自发进行，请分析ΔH＞0，ΔS＞0的反应分别在低温还是高温下自发进行？ 提示：ΔH＞0，ΔS＞0的反应在高温下，ΔG＝ΔH－TΔS＜0，能自发进行。 1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）放热反应不一定能自发进行。（　√　） （2）O2转化为O3时，熵减小。（　√　） （3）同种物质，气态时熵值最小。（　×　） （4）合成氨反应：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0，高温有利于其自发进行。（　×　） 2.（2025·台州高二期中）下列属于化学反应且ΔH＜0，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：B　气态水变为液态水，浓硫酸溶于水，均不是化学反应，A、C错误；氨气的氧化反应为放热反应，即ΔH＜0，且该反应为气体分子数增多的反应，为熵增即ΔS＞0，B正确；二氧化硫的氧化反应为放热反应，即ΔH＜0，但该反应为气体分子数减小的反应，为熵减即ΔS＜0，D错误。 3.（苏教版习题）根据所学知识和已有生活经验，指出下列反应能自发进行的温度条件是高温还是低温，并判断反应的ΔH、ΔS是大于零还是小于零。 （1）2H2O（l）2H2（g）＋O2（g）高温能自发，ΔH＞0；ΔS＞0。 （2）NH3（g）＋HCl（g）NH4Cl（s）低温能自发，ΔH＜0；ΔS＜0。 解析：（1）2H2O（l）2H2（g）＋O2（g）为分解反应，吸热反应，反应的ΔH＞0，反应过程中气体的物质的量增大，为熵增反应，即ΔS＞0，若要使ΔG＝ΔH－TΔS＜0，则需要高温条件。（2）NH3（g）＋HCl（g）NH4Cl（s）为化合反应，放热反应，反应的ΔH＜0，反应过程中气体的物质的量减小，为熵减反应，即ΔS＜0，若要使ΔG＝ΔH－TΔS＜0，则需要低温条件。 归纳总结 （1）化学反应方向综合判断思维模型（与温度的关系） （2）判断化学反应方向的两个依据 ①依据ΔG与0的相对大小； ②依据Q与K的相对大小。 1.（2025·清华大学附属中学高二期中）下列说法正确的是（　　） A.放热反应一定是自发反应 B.固体溶解一定是熵减小的过程 C.熵增的反应不一定是自发反应 D.非自发反应在任何条件下都不能发生 解析：C　放热反应不一定是自发反应，A错误；固体溶解混乱度增大，固体溶解是一个熵增大的过程，B错误；熵增的反应不一定是自发反应，C正确；非自发进行的反应可以变化为自发进行，如碳酸钙的分解反应在常温下是非自发反应，但是在高温下能自发进行，D错误。 2.（教材改编题）夏季有的地区会下起冰雹。下列有关水蒸气变成冰雹的过程中焓变和熵变的判断正确的是（　　） A.ΔH＜0、ΔS＜0 B.ΔH＞0、ΔS＜0 C.ΔH＜0、ΔS＝0 D.ΔH＞0、ΔS＞0 解析：A　水蒸气变成冰雹的过程中放热，ΔH＜0，气体变成固体，混乱度减小，ΔS＜0；选A。 3.（2025·泸州高二期中）下列反应在任何温度下一定不能自发进行的是（　　） A.2H2O2（l）2H2O（l）＋O2（g）　ΔH＜0 B.NH3（g）＋HCl（g）NH4Cl（s）　ΔH＜0 C.CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g）　ΔH＞0 D.2CO（g）2C（s）＋O2（g）　ΔH＞0 解析：D　该反应的ΔH＜0，ΔS＞0，该反应在任何温度下都能自发进行，A错误；该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，该反应在低温时能自发进行，B错误；该反应的ΔH＞0，ΔS＞0，该反应在高温时能自发进行，C错误；该反应的ΔH＞0，ΔS＜0，该反应在任何温度下都不能自发进行，D正确。 4.（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，该反应不能（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＋2CO2CO2＋N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的ΔH＜（填“＞”“＜”或“＝”）0。 解析：（1）CO2分解生成CO和O2的反应为吸热反应，ΔH＞0，根据化学方程式可知，ΔS＞0，故低温下ΔG＝ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行。（2）通过化学方程式可知ΔS＜0，常温下能够自发进行，则ΔH＜0。 题组一　自发过程和自发反应 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.电解水生成氢气和氧气 D.铁器在潮湿的空气中生锈 解析：C　红墨水滴入清水中能使整杯水变红、冰在室温下融化成水、铁器在潮湿的空气中生锈等过程都是自发进行的，A、B、D项均属于自发进行的变化，而电解水生成氢气和氧气的反应必须通电电解才可以进行，不属于自发过程，C项符合题意。 2.如图甲中的两个集气瓶中分别盛有H2、Cl2，当抽出两集气瓶之间的玻璃片一段时间后，现象如图乙所示，可以观察到两个集气瓶中的颜色相同。下列判断正确的是（　　） A.甲中两个集气瓶中气体的混乱度比乙中的大 B.两个集气瓶中的气体扩散后变为有序排列 C.反应H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）可自发进行 D.反应H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）属于熵增反应 解析：C　气体扩散过程中，混乱度增大，此过程自发地从有序向无序进行，A、B错误；反应H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）可自发进行，其反应前后气体的分子数不变，不属于熵增反应，C正确，D错误。 题组二　焓变、熵变与化学反应的方向 3.（教材改编题）中国诗词博大精深，下列诗句中包含ΔH＞0、ΔS＞0的化学变化的是（　　） A.春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干 B.千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲 C.少年易老学难成，一寸光阴不可轻 D.千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金 解析：B　蜡炬燃烧是放热反应，ΔH＜0，有气体生成ΔS＞0，A不符合题意；石灰石受热分解是吸热反应，ΔH＞0，有气体生成ΔS＞0，B符合题意；C、D中没有涉及化学变化，C、D不符合题意。 4.（2025·杭州二中高二检测）相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是（　　） A.1 mol CH4（g）＜1 mol H2（g） B.1 mol H2O（g）＜2 mol H2O（g） C.1 mol H2O（s）＞1 mol H2O（l） D.1 mol C（s，金刚石）＞1 mol C（s，石墨） 解析：B　CH4（g）含有的原子总数多，CH4（g）的摩尔质量大，所以熵值：1 mol CH4（g）＞1 mol H2（g），A错误；相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，B正确；等量的同种物质，熵值关系为S（g）＞S（l）＞S（s），C错误；金刚石的微观结构更有序，熵值更低，D错误。 5.（2024·无锡高二期中）橡皮筋在拉伸和收缩状态时结构如图，在其拉伸过程中放热。25 ℃、101 kPa时，下列过程的焓变、熵变和自发性与橡皮筋从拉伸状态到收缩状态一致的是（　　） A.CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g） B.NaOH的溶解 C.2H2（g）＋O2（g）2H2O（l） D.Ba（OH）2·8H2O（s）＋2NH4Cl（s）BaCl2（s）＋2NH3（g）＋10H2O（l） 解析：D　拉伸过程中放热，则从拉伸状态到收缩状态的焓变为正值，且混乱度增大，熵变为正值，该过程为自发过程。A项，CaCO3分解为吸热反应，熵变为正值，但25 ℃时该过程不能自发进行；B项，NaOH的溶解放热；C项为放热反应；D项为吸热反应，且熵值增大，为自发进行的过程。 6.（2025·北京汇文中学高二期中）下列说法错误的是（　　） A.水凝结成冰的过程中，体系的ΔS＜0 B.发生离子反应的条件之一是生成气体，此过程是一个ΔS＞0的过程 C.化学反应自发进行的方向，与反应的ΔH和ΔS都有关 D.NH4NO3溶于水吸热，说明其溶于水不是自发过程 解析：D　水凝结成冰的过程中，体系的混乱度减小即熵变ΔS＜0，A正确；发生离子反应的条件之一是生成气体，有气体生成时体系的混乱程度增大，ΔS＞0，B正确；化学反应有向物质内能降低、体系混乱程度增大方向进行的趋势，C正确；NH4NO3溶于水吸热，但溶解过程是混乱度增大的物理过程，能够自发进行，D错误。 7.实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g），如图表示该反应过程中能量（单位为kJ·mol－1）的变化。下列关于该反应的说法，正确的是（　　） A.ΔH＞0，ΔS＞0 B.ΔH＞0，ΔS＜0 C.ΔH＜0，ΔS＜0 D.ΔH＜0，ΔS＞0 解析：C　由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，正反应为放热反应，正反应为气体物质的量减小的反应，则为熵减的反应，即ΔH＜0，ΔS＜0。 8.（2025·宝鸡中学高二月考）二氧化碳的捕捉与封存是实现温室气体减排的重要途径之一，也是未来实现低碳经济转型的重要环节。一些科学家利用太阳能加热反应器来“捕捉”空气中的CO2（如图所示）。下列说法正确的是（　　） A.步骤二的反应能否自发进行，与温度有关 B.步骤一中反应的ΔS＞0 C.步骤一与步骤二中的反应互为可逆反应 D.CaO、CO2均为酸性氧化物 解析：A　步骤二的反应CaCO3（s）CaO（s）＋CO2（g）为熵增的吸热反应，ΔH＞0、ΔS＞0，若要使ΔH－TΔS＜0，则高温有利于自发进行，A正确；步骤一中反应为CaO和CO2化合生成CaCO3，该反应过程中气体的物质的量减小，为熵减的反应，ΔS＜0，B错误；步骤一和步骤二的条件不同，不互为可逆反应，C错误；CaO和盐酸反应生成氯化钙和水，属于碱性氧化物，CO2为酸性氧化物，D错误。 题组三　相关联的量与反应进行的方向 9.（2025·阜阳高二期中）反应CaCO3（s）CO2（g）＋CaO（s）的ΔH＞0，下列判断正确的是（　　） A.在常温下能自发进行 B.在高温下能自发进行 C.在任何条件下都能自发进行 D.T＞0 K时，能自发进行 解析：B　ΔG＝ΔH－TΔS＜0，反应能够自发进行，该反应ΔH＞0，ΔS＞0，在高温下反应能自发进行。 10.（2025·江西名校高二期中联考）综合考虑体系的焓变和熵变可以判断反应自发进行的方向。下列说法正确的是（　　） A.已知反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）的正向反应能自发进行，则ΔH＞0 B.已知反应2CO（g）＋2NO（g）N2（g）＋2CO2（g）在常温下能自发进行，则ΔH＞0 C.已知反应2Mg（s）＋CO2（g）C（s）＋2MgO（s）　ΔH＜0，则该反应在任意条件下均不能自发进行 D.已知反应C（s）＋CO2（g）2CO（g）　ΔH＞0，则该反应在高温下能自发进行 解析：D　反应ΔS＜0，要反应自发进行，据ΔG＝ΔH－TΔS＜0，则ΔH＜0，A错误；反应的ΔS＜0，在常温下能自发进行，据ΔG＝ΔH－TΔS＜0，则ΔH＜0，B错误；反应的ΔH＜0，ΔS＜0，据ΔG＝ΔH－TΔS＜0，则需要低温的条件自发进行，C错误；反应ΔH＞0，ΔS＞0，据ΔG＝ΔH－TΔS＜0，则需要高温的条件自发进行，D正确。 11.灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用（已知：在0 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH＝－2 180.9 J·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1）（　　） A.会变成灰锡 B.不会变成灰锡 C.不能确定 D.升高温度才会变成灰锡 解析：A　在0 ℃、100 kPa条件下，白锡→灰锡，其ΔG＝ΔH－TΔS＝－2 180.9 J·mol－1－273 K×（－6.61 J·mol－1·K－1）＝－376.37 J·mol－1＜0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。 12.（教材改编题）下列说法中，正确的是（　　） A.能够自发进行的反应一定是放热反应 B.凡是熵增大的反应都是自发反应 C.要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变 D.非自发反应在任何条件下都不能实现 解析：C　由ΔG＝ΔH－TΔS＜0知，反应可自发进行，说明反应进行的自发性需综合考虑体系的焓变和熵变，而非自发反应在一定条件下可以实现，选C。 13.（2025·抚州高二期中）现有以下两个热化学方程式： （l）＋H2（g）（l）　ΔH＞0　① （l）＋2H2（g）（l）　ΔH＜0　② 下列说法正确的是（　　） A.反应①②中都存在：ΔS＞0 B.反应①一定不能自发进行 C.在通常情况下，①②都能自发进行 D.反应②高温时，可自发进行 解析：B　由题中热化学方程式可知，反应①②均为熵减反应，即ΔS＜0，A错误；反应①ΔH＞0，ΔS＜0，则ΔH－TΔS＞0，任何温度下反应都不能自发进行，B正确；由B项可知，反应①在任何温度下都不能自发进行；反应②的ΔH＜0，ΔS＜0，则在低温条件下，ΔH－TΔS＜0，即反应②低温时可自发进行，C、D错误。 14.（2025·安徽名校高二期中联考）工业上利用CO2制备CH3OH的原理是CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH＝－48.97 kJ·mol－1　ΔS＝－177.16 J·mol－1·K－1。该正反应在下列温度下不能自发进行的是（　　） A.300 K B.270 K C.250 K D.200 K 解析：A　根据自由能判据，正反应自发进行的条件是ΔG＝ΔH－TΔS＜0，T＜ K≈276.4 K，故300 K时反应不能自发进行，A项符合题意。 15.（2025·长沙雅礼中学高二月考改编）某化学科研小组研究在其他条件不变时，改变某一条件对反应aA（g）＋bB（g）cC（g）表示的化学平衡的影响，得到如下图像（图中p表示压强，T表示温度，n表示物质的量，α表示转化率，φ表示体积分数）。 分析图像，回答下列问题： （1）在图像反应Ⅰ中，若p1＞p2，则此正反应为放热（填“放热”或“吸热”）反应，也是一个气体分子数减小（填“减小”或“增大”）的反应，由此判断，此反应若能自发进行，必须满足的条件是低温。 （2）在图像反应Ⅱ中，若T1＞T2，则该反应能否自发进行？能自发进行。 解析：（1）反应Ⅰ中，恒压下升高温度，α（A）减小，即升高温度平衡逆向移动，则正反应为放热反应，ΔH＜0；由p1＞p2知，恒温时增大压强，α（A）增大，说明此反应为气体分子数减小的反应，即为熵减反应，ΔS＜0。放热、熵减反应只能在低温下自发进行。（2）反应Ⅱ中，恒温下压强对φ（A）没有影响，说明压强变化不影响反应平衡，此反应为气体分子数不变的反应，反应过程中熵变很小，ΔS≈0，若T1＞T2，恒压下温度越高φ（A）越大，说明升高温度平衡向左移动，正反应为放热反应，ΔH＜0，则ΔH－TΔS＜0，反应能自发进行。 16.化学反应方向的综合判据是判断反应能否自发进行的关键。由于反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据回答问题。 化学反应 ΔH/（kJ·mol－1） ΔS/（J·mol－1·K－1） ①2H2O2（aq）2H2O（l）＋O2（g） －98 ＋57.2 ②CO2（g）C（s，石墨）＋O2（g） ＋393.5 －2.86 ③HCl（g）＋NH3（g）NH4Cl（s） －176 －285 （1）根据表中数据可知：反应①在任何温度（填“高温”“低温”或“任何温度”）下能自发进行。 （2）有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？否（填“是”或“否”）。阐述判断的理由　该反应为吸热、熵减的化学反应，在任何温度下都不能自发进行　。 （3）利用综合判据，计算反应③能自发进行的温度范围：ΔH－TΔS＜0，则－176 kJ·mol－1＋0.285 kJ·mol－1·K－1T＜0，解得T＜617.5 K＝344.5 ℃，即低于344.5 ℃时反应③能自发进行（写出过程）。 解析：（1）由表中数据可知，反应①2H2O2（aq）2H2O（l）＋O2（g）的ΔH＜0，ΔS＞0，反应①在任何温度下都能自发进行。（2）由表中数据可知，反应②CO2（g）C（s，石墨）＋O2（g）的ΔH＞0，ΔS＜0，在任何温度下都有ΔH－TΔS＞0，在任何温度下都不能自发进行。（3）反应③的ΔH＝－176 kJ·mol－1，ΔS＝－285 J·mol－1·K－1，ΔH－TΔS＜0，则－176 kJ·mol－1＋0.285 kJ·mol－1·K－1T＜0，T＜617.5 K＝344.5 ℃，即低于344.5 ℃时反应③能自发进行。 5 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $