第三节 化学反应的方向（举一反三专项训练，北京专用）【上好课】化学人教版选择性必修1

第三节 化学反应的方向 题型01 自发过程与自发反应 题型02 焓变与熵变 题型03 化学反应方向的判据 题型01 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__________就可以__________的过程。 (2)特点 ①能量角度：体系趋向于从__________状态转变为__________状态(体系对外部__________或者__________热量)。 ②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从__________自发转变为__________的倾向。 2．自发反应 (1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。 (2)自发反应的特征。 ①具有__________，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自发。 ②体系趋向于从__________状态转变为__________状态。 ③体系趋向于从__________体系转变为__________体系。 【典例1】下列过程是非自发的是( ) A．水由高处向低处流 B．氯气和溴化钾溶液的反应 C．铁在潮湿空气中生锈 D．室温下水结成冰 【变式1-1】下列不属于自发进行的变化是( ) A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【变式1-2】有关化学反应的说法，正确的是( ) A．自发反应都是放热反应 B．自发反应都是熵增大的反应 C．自发反应一定能实现 D．非自发反应在一定条件下能实现 【变式1-3】下列关于自发过程的叙述中，正确的是( ) A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 C．非自发过程，改变温度也不能变为自发过程 D．能自发进行的反应不一定能迅速发生反应 题型02 焓变与熵变 1．焓和焓变 (1)焓：与内能(体系内物质的各种能量的总和)有关的物理量。物质的焓越小，具有的能量越___________，稳定性越___________。 (1)焓变：等压条件下，进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。符号为___________。焓变的值只与反应体系的始末状态有关，而与___________无关。 3．熵和熵变 (1)熵 ①定义：衡量一个体系___________的物理量，其符号为___________。 ②特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就___________。 ③熵的比较 a.同一物质：S(高温)_________S(低温)；S(g)________S(l)________S(s)。 b.相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值___________。 c.S(混合物)___________S(纯净物)。 (2)熵变 ①定义：反应前后体系___________的变化，记为ΔS。 ②计算式：ΔS＝________________________。 ③熵增或熵减的判断 a.物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS________0，是熵___________的过程。 b.气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS________0，是熵___________的反应。 c.气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS________0，是熵___________的反应。 【典例2】(2026·北京第二中学高二期中)下列说法中，正确的是( ) A．等物质的量的单质硫，其熵的大小关系为： B．固体溶解是熵减小的过程 C．能够自发进行的反应一定是熵增加的过程 D．能够自发进行的反应一定是放热反应 【变式2-1】(2026·北京通州高二期中)下列反应属于熵减小过程的是 A．过氧化钠和水反应 B．二氧化硫和氢硫酸反应 C．二氧化锰和浓盐酸加热反应 D．碳和浓硝酸反应 【变式2-2】下列对熵变的判断中不正确的是(　　) A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0 B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0 C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0 【变式2-3】下列对熵的理解错误的是(　　) A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小 B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大 C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小 D．25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)是熵增反应 题型03 化学反应方向的判据 1．焓变与化学反应的方向 放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，利用焓变来判断反应进行的方向，这就是焓判据。大多数放热反应是可以__________的。有些吸热反应也可以__________，如：2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)　ΔH＝+109.8 kJ·mol-1，故不能只根据放热或吸热来判断反应的方向。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)熵值大小 ①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。 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。 (2)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__________的过程，有些熵减的过程也能__________。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，自发过程才向着熵增的方向进行。 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不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。 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__________； ②当ΔG＝0时，反应处于__________； ③当ΔG>0时，反应不能__________。 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 4．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，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。 【典例3】(24-25高二上·北京交大附中高二期中)下列有关化学反应自发性的说法正确的是( ) 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：，常温下一定能自发进行的判据是ΔS＜0、ΔH>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 【变式3-1】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是(　　) A．2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ B．NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)　ΔH<0 C．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0 D．X2Y2(g)=X2(g)+Y2(g)　ΔH<0 【变式3-2】下列叙述不正确的是(　　) A．混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行 B．在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行 C．碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行 D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行 【变式3-3】已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：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，在图书馆中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。请参考上述信息，回答下列问题： (1)这两个反应在　　　(填“高温”或“低温”)下自发进行。  (2)反应①在常温下　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。  (3)制取炭黑的允许温度范围为　　　　。  (4)为了提高甲烷的炭化程度，下面四个温度中最合适的是　　　　(填字母)  A．905.2 K B．927 K C．1273 K D．2000 K 1 / 9 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 化学反应的方向 题型01 自发过程与自发反应 题型02 焓变与熵变 题型03 化学反应方向的判据 题型01 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。 (2)特点 ①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。 ②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。 2．自发反应 (1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。 (2)自发反应的特征。 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。 【典例1】下列过程是非自发的是( ) A．水由高处向低处流 B．氯气和溴化钾溶液的反应 C．铁在潮湿空气中生锈 D．室温下水结成冰 【答案】D 【解析】A项，水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不选；B项，氯气的氧化性比溴强，氯气能够与KBr溶液发生置换反应，属于自发进行的过程，故B不选；C项，铁生锈为自发进行的氧化还原反应，反应放热，常温下可自发进行，故C不选；D项，室温下冰会自发的融化，室温下水结成冰不是自发进行的过程，故D选；故选D。 【变式1-1】下列不属于自发进行的变化是( ) A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【答案】C 【解析】A项，扩散现象，是熵增加的自发过程，A不符合题意；B项，冰的熔点为0℃，水常温是液体，冰在室温下融化成水，是熵增加的自发过程，B不符合题意；C项，电解饱和食盐水，是在外电场的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发过程，C符合题意；D项，铁在潮湿的空气中生锈是发生了自发的氧化还原反应，属于电化学腐蚀，是自发进行的化学过程，D不符合题意；故选C。 【变式1-2】有关化学反应的说法，正确的是( ) A．自发反应都是放热反应 B．自发反应都是熵增大的反应 C．自发反应一定能实现 D．非自发反应在一定条件下能实现 【答案】D 【解析】化学反应是否能自发进行，取决于焓变和熵变，根据△G=△H-T△S，如△G＜0，则反应能自发进行。A项，化学反应是否能自发进行，取决于焓变和熵变，不仅仅取决于焓变，故A错误；B项，化学反应是否能自发进行，取决于焓变和熵变，不仅仅取决于熵变，故B错误；C项，自发反应是一定条件下的可能性，是否一定实际发生，还要看化学反应速率，故C错误；D项，自发进行是相对的，在一定条件下，如△G＜0，则反应能实现，即非自发反应在一定条件下也能实现，D项正确。故选D。 【变式1-3】下列关于自发过程的叙述中，正确的是( ) A．只有不需要任何条件就能够自动进行的过程才是自发过程 B．需要加热才能够进行的过程肯定不是自发过程 C．非自发过程，改变温度也不能变为自发过程 D．能自发进行的反应不一定能迅速发生反应 【答案】D 【解析】A项，反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；自发进行的反应也需要一定条件才可以发生，故A错误；B．有些自发进行的反应也需要反应条件，才能进行，如氢气和氧气需要点燃反应，故B错误；C．非自发过程，改变温度使△H-T△S＜0，故C错误；D．有些自发进行的反应也需要反应条件，才能进行，只有达到发生的条件才能发生反应，故D正确；故选D。 题型02 焓变与熵变 1．焓和焓变 (1)焓：与内能(体系内物质的各种能量的总和)有关的物理量。物质的焓越小，具有的能量越低，稳定性越强。 (1)焓变：等压条件下，进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。符号为ΔH。焓变的值只与反应体系的始末状态有关，而与过程无关。 3．熵和熵变 (1)熵 ①定义：衡量一个体系混乱度的物理量，其符号为S。 ②特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。 ③熵的比较 a.同一物质：S(高温)>S(低温)；S(g)>S(l)>S(s)。 b.相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。 c.S(混合物)>S(纯净物)。 (2)熵变 ①定义：反应前后体系熵值的变化，记为ΔS。 ②计算式：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。 ③熵增或熵减的判断 a.物质由固态到液态、由液态到气态或由固态到气态的过程，ΔS>0，是熵增加的过程。 b.气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS>0，是熵增加的反应。 c.气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS<0，是熵减小的反应。 【典例2】(2026·北京第二中学高二期中)下列说法中，正确的是( ) A．等物质的量的单质硫，其熵的大小关系为： B．固体溶解是熵减小的过程 C．能够自发进行的反应一定是熵增加的过程 D．能够自发进行的反应一定是放热反应 【答案】A 【解析】A项，同一物质气态熵最大，液态次之，固态最小，A正确；B项，固体溶解时，体系混乱度增大，属于熵增过程，B错误；C项，反应自发性由焓变和熵变共同决定，即ΔG=ΔH−TΔS＜0可以自发进行，所以能够自发进行的反应不一定是熵增加的过程，C错误；D项，能够自发进行的反应可能是吸热反应，如ΔH＞0，ΔS＞0的反应，D错误；故选A。 【变式2-1】(2026·北京通州高二期中)下列反应属于熵减小过程的是 A．过氧化钠和水反应 B．二氧化硫和氢硫酸反应 C．二氧化锰和浓盐酸加热反应 D．碳和浓硝酸反应 【答案】B 【解析】A项，过氧化钠和水反应生成氧气，为熵增过程，A错误；B项，二氧化硫和氢硫酸反应生成硫单质固体和水液体，为熵减过程，B正确；C项，二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯气气体，为熵增过程，C错误；  D项，碳和浓硝酸反应生成二氧化碳气体、二氧化硫气体，为熵增过程，D错误；故选B。 【变式2-2】下列对熵变的判断中不正确的是(　　) A．少量的食盐溶解于水中：ΔS＞0 B．纯碳和氧气反应生成CO(g)：ΔS＞0 C．气态水变成液态水：ΔS＞0 D．CaCO3(s)受热分解为CaO(s)和CO2(g)：ΔS＞0 【答案】C 【解析】食盐溶于水是典型的熵增加过程；2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，气体的物质的量增大，为熵增大的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增大的反应。 【变式2-3】下列对熵的理解错误的是(　　) A．同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小 B．体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大 C．与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小 D．25 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)是熵增反应 【答案】C 【解析】C项，体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，错误。 题型03 化学反应方向的判据 1．焓变与化学反应的方向 放热反应过程中体系能量降低，因此具有自发进行的倾向，利用焓变来判断反应进行的方向，这就是焓判据。大多数放热反应是可以自发进行的。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，故不能只根据放热或吸热来判断反应的方向。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)熵值大小 ①体系的熵值：体系的混乱程度越大，体系的熵值就越大。 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。 (2)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增的过程，有些熵减的过程也能自发进行。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，自发过程才向着熵增的方向进行。 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不仅与焓变和熵变有关，还与温度有关。 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。 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 4．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，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。 【典例3】(24-25高二上·北京交大附中高二期中)下列有关化学反应自发性的说法正确的是( ) 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：，常温下一定能自发进行的判据是ΔS＜0、ΔH>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 【解析】A项，放热反应容易自发进行，但不是所有的放热反应都能自发进行，故A错误；B项，反应能否自发进行，取决于=△H-T•△S的差值，当△H-T•△S＜0时，反应能自发进行，可见熵变是影响化学反应方向的因素之一，故B错误；C项，该反应生成气体，反应放热，焓变小于0而熵变大于0的反应，△H-T△S＜0，则反应常温下可自发进行，故C正确；D项，反应自发进行的判断依据是△H-T△S＜0；自发进行的反应也需要一定条件才可以发生，故D错误；故选C。 【变式3-1】下列反应在任意温度下一定能自发进行的是(　　) A．2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ B．NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)　ΔH<0 C．CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0 D．X2Y2(g)=X2(g)+Y2(g)　ΔH<0 【答案】D 【解析】A项，需通电才能进行，为非自发反应；B项，ΔH<0、ΔS<0，在低温下ΔH-TΔS<0，反应能自发进行；C项，ΔH>0，ΔS>0，在高温下ΔH-TΔS<0，反应能自发进行；D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下ΔH-TΔS<0，反应一定能自发进行。 【变式3-2】下列叙述不正确的是(　　) A．混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行 B．在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔG＝ΔH－TΔS＜0的方向进行 C．碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行 D．水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行 【答案】D 【解析】混乱度减小的吸热反应是ΔS＜0、ΔH>0的反应，该反应的ΔH－TΔS>0，一定不能自发进行，故A正确；自发反应有向ΔG＜0的方向进行的趋势，即温度、压强一定时，ΔG＝ΔH－TΔS＜0的反应可自发进行，故B正确；碳酸氢钠加热可以分解，即升高温度反应能自发进行，由于该反应生成的气体增多，ΔS>0，所以升高温度利于熵增的方向自发进行，故C正确；水结冰的过程是熵减的放热过程，通常情况下不能自发进行，但降温时该过程能自发进行，故D错误。 【变式3-3】已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：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，在图书馆中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。请参考上述信息，回答下列问题： (1)这两个反应在　　　(填“高温”或“低温”)下自发进行。  (2)反应①在常温下　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。  (3)制取炭黑的允许温度范围为　　　　。  (4)为了提高甲烷的炭化程度，下面四个温度中最合适的是　　　　(填字母)  A．905.2 K B．927 K C．1273 K D．2000 K 【答案】(1)高温 (2)不能 (3)927.8~1790.4 K (4)C 【解析】(1)该反应是吸热的熵增反应，在高温下自发进行。(2)ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K=50.807 kJ·mol-1>0，所以该反应在常温下不能自发进行。(3)甲烷裂解为炭黑和氢气时，ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>927.8 K；裂解为乙炔时，ΔH-TΔS=376.426 kJ·mol-1-220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>1709.4 K，即温度高于1709.4 K时自发裂解为乙炔和氢气，所以要制取炭黑，必须控制温度在927.8~1790.4 K。(4)要提高甲烷的炭化程度，应在927.8~1790.4 K的范围内尽可能提高温度。 1 / 9 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $