第2章 第1节 化学反应的方向-（配套教参）【精讲精练】2026-2027学年高中化学选择性必修第一册（鲁科版）

本讲义聚焦化学反应方向的判断这一核心知识点，从自发过程概念切入，先阐述焓变（放热与吸热反应的自发性）和熵变（体系无序度及影响因素）作为单一判据的作用，再整合为ΔH-TΔS综合判据，构建从基础概念到综合应用的递进式学习支架。 该资料以实例驱动学习，通过硝酸铵溶解、石灰石分解等案例及问题链设计，引导学生运用证据推理分析焓熵对反应方向的影响，培养科学思维与化学观念。课中辅助教师引导深度理解，课后练习题帮助学生强化综合应用，有效查漏补缺。

第1节　化学反应的方向 [学习目标]　1.了解自发和非自发过程、熵与熵变的概念；了解焓判据、熵判据的含义。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.能根据焓变和熵变综合判断化学反应的方向。 知识点一　反应焓变、熵变与反应方向的关系 1．自发过程 (1)概念：在等温、等压条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程称为自发过程；反之称为非自发过程。 (2)实例：水由高处流向低处的过程、热由高温物体传向低温物体的过程都属于自发过程。 2．反应焓变与反应方向 (1)能自发进行的化学反应多数是放热反应，ΔH<0。 (2)有些吸热反应在室温下能自发进行，还有一些吸热反应在较高温度下能自发进行。 (3)反应焓变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。 [注意]　自发反应实际上不一定能够发生，非自发反应在一定条件下也可能发生。 3．反应熵变与反应方向 (1)熵及其影响因素 ①概念：描述体系的无序程度的物理量。符号为S。 ②意义：熵值越大，体系的无序程度越大。 ③影响因素：纯物质熵的大小与物质的种类、数量、聚集状态以及温度、压强等因素有关。在相同条件下，不同物质的熵不同；同一物质S(高温)>S(低温)，S(g)>S(l)>S(s)。 (2)熵变 ①概念：反应产物的总熵与反应物的总熵之差。 ②计算公式：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。 ③正负判断依据 a．气体体积增大的反应，熵变通常都是正值，是熵增加的反应。 b．气体体积减小的反应，熵变通常都是负值，是熵减小的反应。 (3)熵变与反应方向 ①熵增加有利于反应的自发进行。 ②某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行。 ③熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一因素。 1．已知以下五个化学反应在常温下均能自发进行， ①2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1 ②2Na(s)＋Cl2(g)===2NaCl(s)ΔH＝－822 kJ·mol－1 ③4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)ΔH＝－1 648.4 kJ·mol－1 ④H2(g)＋F2(g)===2HF(g)ΔH＝－546.6 kJ·mol－1 ⑤(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74.9 kJ·mol－1 其中不能用焓变作为判断反应是否自发进行依据的是________(填序号)。 提示：①⑤ 2．硝酸铵溶于水的过程是吸热过程，但能自发进行。请回答下列问题： (1)硝酸铵溶于水的过程中体系的混乱度________(填“增大”“减小”或“不变”)，ΔS________(填“＞”“＜”或“＝”)0。 (2)该过程ΔH________(填“＞”“＜”或“＝”)0。若用单一的方向判据来解释，你认为应用________判据；这一过程能自发进行，说明________效应大于________效应。 解析　(1)依据题干信息可知，硝酸铵溶于水的过程是溶解后电离出自由移动离子的过程，体系的混乱度增大，熵变ΔS大于0。(2)熵变增大的放热反应能自发进行，硝酸铵溶于水的过程是吸热过程，ΔH＞0，若用单一的方向判据来解释应用熵变判据，这一过程能自发进行，说明熵变效应大于焓变效应。 答案　(1)增大　＞　(2)＞　熵变　熵变　焓变 1．一般产生气体或气体物质的量增多的化学反应，体系的无序程度会增加，反应的熵值增加，有利于反应的自发进行。 2．ΔH＜0，有利于反应自发进行，ΔS＞0也有利于反应自发进行；不能只简单地用焓变和熵变中的一个来判断同一个化学反应的方向。 1．下列反应可用焓变来解释的是(　　) A．氢氧化钡与氯化铵反应 B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1 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 解析　D　焓变可以用来解释放热过程的自发性，前三项中的反应均为吸热反应。 2．下列说法不正确的是(　　) A．铁生锈和氢燃烧均为自发放热过程 B．冰融化的过程中，熵值增加 C．无热效应的自发过程是不存在的 D．同一物质固态时熵值最小 解析　C　自发过程是在一定条件下不需要外力就能进行的过程。铁生锈和氢燃烧均为熵减小、放出热量的自发反应，A正确；冰融化即有序性减小，混乱度增加，即熵值增加，B正确；物质由有序转化为无序时，不一定发生热效应，如分子的扩散现象，C错误；同一物质在固态时有序性最高，混乱度最小，熵值最小，D正确。 3．根据所学知识和已有生活经验，下列变化过程中ΔS<0的是(　　) A．2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g) B．NH4NO3(s)===NH(aq)＋NO(aq) C．H2O(s)→H2O(l) D．Mg(s)＋H2SO4(aq)===MgSO4(aq)＋H2(g) 解析　A　2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g)，气体的量减小，熵减少，ΔS<0，A项正确；NH4NO3(s)===NH＋NO，混乱度增大，ΔS>0，B项错误；同种物质固态的熵小于液态小于气态，所以H2O(s)→H2O(l)→H2O(g)混乱度增大，ΔS>0，C项错误；Mg(s)＋H2SO4===MgSO4＋H2(g)有气体生成，混乱度增大，ΔS>0，D项错误。 知识点二　用焓变与熵变综合判断反应方向 1．反应方向的判据 (1)ΔH－TΔS<0　反应正向能自发进行 (2)ΔH－TΔS＝0　反应达到平衡状态 (3)ΔH－TΔS>0　反应正向不能自发进行 2．文字表述 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向ΔH－TΔS<0的方向进行，直至达到平衡状态。 已知在100 kPa、298 K时，石灰石的分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.2 kJ·mol－1，ΔS＝＋169.6 J·mol－1·K－1。 1．该反应在常温、常压下不能自发进行，但在高温条件下能自发进行。该反应的焓和熵的变化情况如何？由此你能得到什么启发？ 提示：该反应是一个ΔH>0、ΔS＞0的反应，常温下不能自发进行，但在高温条件下能自发进行，说明反应焓变、熵变都是影响化学反应方向的一个因素，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。 2．你能根据已知条件通过计算判断说明常温、常压条件下该反应不能自发进行的原因吗？ 提示：因为ΔH－TΔS＝178.2 kJ·mol－1－298 K×169.6×10－3 kJ·mol－1·K－1≈127.665 kJ·mol－1>0，所以该反应不能自发进行。 3．据“2”中的数据分析，温度能否成为反应方向的决定因素？ 提示：因该反应ΔH>0，ΔS>0，且焓变和熵变的数值相差不大，故温度能影响反应进行的方向。 4．温度若能决定反应方向，则该反应自发进行的最低温度是多少？ 提示：据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应可自发进行，则有：T＞＝≈1 111.6 K，所以CaCO3自发进行分解的最低温度为1111.6 K。 5．已知反应：2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在298 K、101 kPa的条件下，其ΔH＝－113.0 kJ·mol－1，ΔS＝－145.3 J·mol－1·K－1。该反应能否用于消除汽车尾气中的NO？理由是什么？ 提示：能；该反应的ΔH－TΔS＝－113.0 kJ·mol－1－298 K×(－145.3×10－3 kJ·mol－1·K－1)＝－69.7 kJ·mol－1＜0，说明该反应在理论上是可行的，所以能用于消除汽车尾气中的NO。 1．综合判据与温度的关系 2．两点说明 (1)当焓变和熵变的作用相反且二者大小相差悬殊时，其中的某一因素占主导地位。 (2)当焓变和熵变的作用相反且二者相差不大时，温度对反应方向起决定作用。 例如：有些反应常温下不能自发进行，在高温下能自发进行；有些反应高温下不能自发进行，在低温下能自发进行。 1．下列反应是熵变、焓变均增大，且常温可以自发进行的是(　　) A．NaHCO3(s)＋HCl===NaCl＋CO2(g)＋H2O(l) B．SO3(g)＋H2O(l)===H2SO4(g) C．NH4Cl(s)===NH3(g)＋HCl(g) D．4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol－1 解析　A　该反应的ΔH>0，ΔS>0，焓增、熵增，且常温下该反应可以自发进行，A符合题意；该反应放热，ΔH<0，焓减，ΔS<0，熵减，常温下可以自发进行，B不合题意；该反应ΔH>0，焓增，ΔS>0，熵增，依据ΔG＝ΔH－TΔS＜0可以自发进行可判断常温非自发，高温自发，C不合题意；该反应ΔH<0，焓减，ΔS<0，熵减，常温下自发进行，D不合题意。 2．工业上利用甲烷制取炭黑的反应是：①CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH(298 K)＝74.848 kJ· mol－1　ΔS(298 K)＝80.674 J· mol－1·K－1 反应过程中容易发生副反应：②2CH4(g)===C2H2(g)＋3H2(g)　ΔH(298 K)＝376.426 kJ· mol－1　ΔS(298 K)＝220.211 J· mol－1·K－1 下列有关说法正确的是(　　) A．反应①在常温下就可以自发进行 B．焓变是副反应②自发进行的决定因素 C．制取炭黑允许的最低温度是927.8 K D．温度越高对制取炭黑越有利 解析　C　ΔH－TΔS＝74.848 kJ· mol－1－80.674×10－3 kJ· mol－1·K－1×298 K≈50.807 kJ· mol－1＞0，所以该反应常温下不自发进行，A错误；反应②是熵增加的吸热反应，熵变是决定该反应能否自发进行的因素，B错误；制取炭黑时，ΔH－TΔS＝74.848 kJ· mol－1－80.674×10－3 kJ· mol－1·K－1×T＜0，得T＞927.8 K，即制取炭黑的最低温度为927.8 K，C正确；温度过高时，可能会发生反应②，D错误。 [对应学生用书P54] 1．水凝结成冰的过程中，其焓变和熵变正确的是(　　) A．ΔH>0，ΔS>0　　　 B．ΔH<0，ΔS>0 C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH>0，ΔS<0 解析　C　水结成冰，凝固放热，且同种物质液态混乱程度大于固态，故为熵减的过程，即ΔH<0，ΔS<0，C项正确。 2．以下说法正确的是(　　) A．所有ΔH<0的反应均是自发反应 B．冰在室温下自动融化成水，是熵增的过程 C．高锰酸钾加热分解是一个熵减小的过程 D．自发进行的反应一定能迅速进行 解析　B　高温条件下熵减的放热反应ΔH－TΔS＞0，反应不能自发进行，A错误；冰在室温下自动融化成水是一个混乱度增大的熵增的过程，B正确；高锰酸钾受热分解生成氧气的反应是一个熵增的反应，C错误；反应能否自发进行与反应速率无关，则自发进行的反应不一定能迅速进行，D错误。 3．下列为熵增反应的是(　　) A．硝酸铵晶体溶于水 B．氨气和氯化氢气体反应 C．乙烯聚合为聚乙烯 D．碳和水蒸气制备水煤气 解析　D　硝酸铵晶体溶于水，熵增加，但不是化学反应，A项错误；氨气和氯化氢气体反应生成固体氯化铵，气体物质的量减小，是熵减的反应，B项错误；乙烯聚合为聚乙烯的过程中气体转化为固体，是熵减的反应，C项错误；碳和水蒸气制备水煤气的反应为C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)，反应为气体体积增大的反应，为熵增反应，D项正确。 4．下列对于化学反应方向说法不正确的是(　　) A．自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断 B．一定温度下，反应2NaCl(s)===2Na(s)＋Cl2(g)的ΔH>0，ΔS>0 C．知道了某过程有自发性之后，就能确定该过程是否一定会发生 D．某些非自发的反应能通过改变条件使其成为自发反应 解析　C　根据ΔG＝ΔH－TΔS，自发进行的化学反应的方向，应由焓判据和熵判据的复合判据来判断，A项正确；反应2NaCl(s)===2Na(s)＋ Cl2(g)是熔融氯化钠的电解，是吸热反应，ΔH>0，反应后气体分子数增多是熵增加的过程，ΔS>0，B项正确；知道了某过程有自发性之后，不能确定该过程是否一定会发生， 因为可能还受活化能、温度压强等的影响，C项错误；根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG<0反应自发，因此某些非自发的反应能通过改变条件使其成为自发反应，D项正确。 5．节能减排是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物(包括三废和噪声等)排放。 (1)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： 关于该反应的说法中，下列正确的是________(填字母)。 A．ΔH>0，ΔS>0　　　　 B．ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS<0 D．ΔH<0，ΔS>0 (2)将煤加工成水煤气可降低污染并能提高燃料的利用率。将水蒸气通过红热的炭即产生水煤气，化学方程式为C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1，ΔS＝＋133.7 J·mol－1·K－1。该反应在常温下________(填“能”或“不能”)自发进行。 解析　(1)根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，ΔH<0；该反应发生后气体的物质的量减少，ΔS<0。 (2)根据ΔH－TΔS＝131.3 kJ·mol－1－298 K×0.133 7 kJ·mol－1·K－1≈91.46 kJ·mol－1>0，所以常温下不能自发进行。 答案　(1)C　(2)不能 学科网（北京）股份有限公司 $