第2章 第3节 化学反应的方向（配套教参Word）-【步步高】2025-2026学年高二化学选择性必修1 化学反应原理学习笔记（人教版 浙江专版）

本讲义聚焦高中化学“化学反应的方向”核心知识点，先通过高山流水等实例建立自发过程与自发反应的概念，再从焓变、熵变视角分析反应方向，最终结合自由能判据构建“ΔG=ΔH-TΔS”认知模型，形成从宏观现象到微观本质的学习支架。 资料以“实例-问题-模型-应用”为主线，通过钢铁生锈等实例、表格对比ΔH/ΔS/ΔG关系及判断题，培养学生证据推理与模型建构的科学思维。课中助力教师引导学生深化理解，课后练习题可帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第三节　化学反应的方向 [核心素养发展目标]　1.知道化学反应是有方向的，通过宏观事实推理、建构化学反应的方向与反应的焓变和熵变的关系的认知模型。2.能结合具体事例说明反应自发进行的方向性。 一、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。例如高山流水、自由落体。 (2)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)。 (3)非自发过程：在一定条件下，需持续借助外力才能进行的过程。 2.自发反应 (1)含义：在给定的条件下，无需外界帮助，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应。例如钢铁生锈。 (2)非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应。 注意　自发反应具有方向性，即在一定条件下反应的某个方向是自发进行的，其逆方向在相同条件下一定不能自发进行。自发反应不一定能够实际发生，发生时速率也不一定大。 3.应用 (1)自发反应可被用来做“有用功”。例如H2的燃烧可设计成燃料电池。 (2)非自发过程要想发生，必须对它做功。例如通电将水分解为H2和O2。 1.下列过程中属于自发过程的是　　　　　　　(填序号)。  ①铵盐的溶解　②烧碱与盐酸反应　③Zn与稀H2SO4反应　④将地下水抽至地面　⑤Mg在空气中燃烧　⑥铝热反应　⑦墨水在水中的扩散　⑧电解熔融的氯化钠 答案　①②③⑤⑥⑦ 解析　将地下水抽至地面需要持续做功，电解熔融的氯化钠要在直流电作用下才能进行，均不属于自发过程。 2.已知：①2H2+O22H2O；②2H2O2H2↑+O2↑。①是自发反应，②是非自发反应，通过对上述反应的分析，思考： (1)自发反应不需要任何条件就能发生吗？ (2)非自发反应一定不能发生吗？ 提示　(1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。 (2)非自发反应在一定条件下能发生。 二、化学反应进行方向的判据 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，科学家提出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。 分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系。 (1)H2(g)+O2(g)===H2O(l)，燃烧反应是　　　　(填“吸”或“放”，下同)热反应，ΔH　　　　(填“>”或“<”，下同)0，常温下能自发进行。  (2)Zn(s)+CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)+Cu(s)，该反应是　　　　热反应，ΔH　　　　0，常温下　　　(填“能”或“不能”，下同)自发进行。  (3)Ba(OH)2·8H2O 和 NH4Cl的反应为　　　　热反应，常温下　　　　自发进行。  (4)2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)，该反应是　　　　热反应，ΔH　　　　0，能自发进行。  答案　(1)放　<　(2)放　<　能　(3)吸　能　(4)吸　> 2.熵变与化学反应的方向 (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。 (3)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。 (1)反应CaCO3(s)+2HCl(aq)===CaCl2(aq)+H2O(l)+CO2(g)的ΔS　　(填“>”“<”或“=”，下同)0，常温下　　　　　(填“能”或“不能”，下同)自发进行。  答案　>　能 (2)2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)，该反应的ΔS　　0，能自发进行。  答案　> (3)自发反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)的ΔS　　0。  答案　< (4)二氧化碳通入澄清石灰水的反应Ca(OH)2(aq)+CO2(g)===CaCO3(s)+H2O(l)　　　　自发进行，其ΔS　　0。  答案　能　< 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。 (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。 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 (1)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)自由能变化ΔG<0的化学反应一定能迅速发生(　　) (3)SO2(g)===S(g)+O2(g)　ΔH>0，ΔS>0，该反应不能自发进行(　　) (4)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转变的倾向(　　) (5)ΔH>0，ΔS<0的反应，任何温度下都不能自发进行(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√ 1.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ΔH-TΔS<0的方向进行的趋势，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。 2.已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)　ΔH=+178.3 kJ·mol-1　ΔS=+160.4 J·mol-1·K-1，则 (1)该反应　　　　(填“能”或“不能”)正向自发进行。  (2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为　　　　　　。  答案　(1)不能　(2)1 111.6 K 解析　(1)ΔG=ΔH-TΔS=+178.3 kJ·mol-1-298.15 K×160.4×10-3 kJ·mol-1·K-1≈130.5 kJ·mol-1>0，所以该反应不能正向自发进行。 (2)根据ΔG=ΔH-TΔS<0时，反应可正向自发进行，则有T>≈1 111.6 K。 3.在化学反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g)　ΔH=Q kJ·mol-1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。 (1)Q　　　　(填“>”“<”或“=”，下同)0。  (2)熵变ΔS　　　　0。  (3)该反应　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。  (4)升高温度平衡常数K　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)，平衡向　　　　(填“正反应”或“逆反应”)方向移动。  答案　(1)<　(2)>　(3)能　(4)减小　逆反应 解析　据图像可知，该反应是放热反应，故Q<0；据反应特点可知，该反应是熵增的反应；据ΔG=ΔH-TΔS<0可知该反应能自发进行；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。 课时对点练 [分值：100分] [1~10题，每小题6分] 题组一　自发过程和自发反应 1.下列关于自发过程的叙述正确的是(　　) 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.需要加热才能进行的过程肯定不是自发过程 C.同一可逆反应的正、逆反应在不同条件下都有自发的可能 D.非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 答案　C 解析　在一定条件下，不用借助外力即可自发进行的过程为自发过程，所以自发过程也需要特定的条件，A、B项错误；可逆反应在不同的条件下，可以向不同方向自发进行，C项正确；改变条件，可以使某些非自发过程转变为自发过程，D项错误。 2.化学与生活息息相关。下列不能自发进行的是(　　) A.墨汁加到清水中使整杯水变黑 B.水在0 ℃以下结为冰 C.石灰石转化为生石灰 D.水从高处往低处流 答案　C 解析　石灰石转化为生石灰需要在高温条件下进行，该变化过程不是自发进行的，C符合题意。 题组二　反应焓变与反应方向 3.下列关于化学反应的焓变的叙述正确的是(　　) A.化学反应的焓变与反应的方向无关 B.化学反应的焓变直接决定了反应的方向 C.焓变为正的反应都是吸热反应 D.焓变为正的反应都能自发进行 答案　C 解析　焓变与反应的方向有关，A项错误；化学反应的焓变不能直接决定化学反应的方向，还要结合熵变等条件，B、D项错误。 4.下列自发反应可用焓判据来解释的是(　　) A.2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+56.7 kJ·mol-1 B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9 kJ·mol-1 C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1 D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)　ΔH=+178.2 kJ·mol-1 答案　C 解析　从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，有使体系能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行。 题组三　反应熵变与反应方向 5.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。 6.下列变化过程为熵增的是(　　) A.2NH4NO3(s)===2N2(g)+4H2O(g)+O2(g) B.CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g) C.2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) D.3O2(g)===2O3(g) 答案　A 解析　反应CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)有气体参与反应，但反应前后气体分子数没有变化，熵没有增加，B错误；C、D项反应中均有气体参与反应，反应后气体分子数减少，变化过程为熵减，错误。 题组四　自由能与反应进行方向的判断 7.关于反应CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH<0。下列说法正确的是(　　) A.该反应是熵增大的反应(即ΔS>0) B.该反应在低温条件下能较快发生 C.该反应是放热反应，能在任何温度下自发进行 D.反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素 答案　D 解析　该反应反应前后气体的物质的量减小，是熵减小的反应，A错误；ΔH-TΔS<0的反应可自发进行，该反应的ΔH<0、ΔS<0，即该反应在低温时可自发进行，但反应速率较慢，B、C错误；反应是否自发要综合考虑焓变和熵变两个因素，D正确。 8.下列有关说法不正确的是(　　) A.Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行 B.某吸热反应能自发进行，因此该反应一定是熵增反应 C.通常情况下，一个放热且熵增的反应也有可能不能自发进行 D.反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0 答案　C 解析　Na与水反应生成H2，ΔS>0，此反应为放热反应，ΔH<0，故ΔH-TΔS<0，该反应能自发进行，A正确；吸热反应的ΔH>0，能自发进行必须满足ΔH-TΔS<0，所以ΔS>0，B正确；当反应是熵增且放热的反应时，一定满足ΔH-TΔS<0，反应一定能自发进行，C错误；反应NH3(g)+HCl(g)===NH4Cl(s)为熵减的反应，ΔS<0，若在室温下可自发进行，ΔH-TΔS<0，则一定有ΔH<0，D正确。 9.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，则该反应的ΔH<0 B.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 C.2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)，该反应低温下能正向自发进行，则ΔH>0 D.反应SiO2(s)+3C(s)===SiC(s)+2CO(g)常温下不能正向自发进行，则该反应的ΔH<0 答案　B 解析　C(s)+CO2(g)2CO(g)为熵增反应，常温下反应不能正向自发进行，则该反应的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，则反应的ΔH<0，B正确；题述反应低温下能正向自发进行，由ΔS<0、ΔH-TΔS<0可知，ΔH<0，C错误；反应SiO2(s)+3C(s)===SiC(s)+2CO(g)为熵增反应，常温下不能正向自发进行，则该反应的ΔH>0，D错误。 10.下列内容与原因或结论不对应的是(　　) 选项 内容 原因或结论 A H2O(g)变成H2O(l) 该过程ΔS>0 B 硝酸铵溶于水可自发进行 因为ΔS>0 C 一个反应的ΔH>0、ΔS<0 该反应不能自发进行 D H2(g)+F2(g)2HF(g)的ΔH=-271 kJ·mol-1、ΔS=+8 J·mol-1·K-1 该反应在任何温度下均可自发进行 答案　A 解析　H2O(g)变成H2O(l)，体系混乱度减小，则ΔS<0，A错误；常温下硝酸铵溶于水是一个能自发进行的吸热过程，硝酸铵溶解生成自由移动的离子，是熵增大的过程，ΔS>0，B正确；一个反应的ΔH>0、ΔS<0，则ΔH-TΔS>0，所以该反应不能自发进行，C正确；ΔH=-271 kJ·mol-1，ΔS=+8 J·mol-1·K-1，由ΔH-TΔS<0的反应可自发进行可知，该反应在任何温度下都能自发进行，D正确。 [11~12题，每小题8分] 11.光气(COCl2)在有机合成中常作氯化剂。工业制备原理：CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)　ΔH。下列叙述错误的是(　　) A.相对于曲线a，曲线b代表加入催化剂 B.加入催化剂和增大CO浓度都能提高活化分子百分数 C.上述反应的逆反应为熵增的吸热反应 D.升高温度，上述反应的平衡常数减小 答案　B 解析　由图像可知，加入催化剂，反应的活化能降低，A项正确；增大反应物浓度能提高单位体积内活化分子总数，不能提高活化分子百分数，B项错误；上述反应的逆反应是气体分子数增大的吸热反应，C项正确；该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，D项正确。 12.(2025·杭州期中)下列关于自发反应的说法正确的是(　　) A.反应产物的分子数比反应物多，则该反应ΔS>0 B.反应SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(l)的ΔH>0 C.BaSO4(s)+4C(s)===BaS(s)+4CO(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0 D.非自发过程在任何条件下都不可能转变为自发过程 答案　C 解析　反应产物的分子数比反应物多，但反应气体分子数在反应前后可能不变，该反应熵变不一定大于0，故A错误；反应SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(l)为放热反应，则ΔH<0，故B错误；ΔG=ΔH-TΔS<0，反应能够自发进行；BaSO4(s)+4C(s)===BaS(s)+4CO(g)的ΔS>0，室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0，故C正确；反应是否自发由ΔG=ΔH-TΔS决定，碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，在低温下不能自发进行，而在高温下能自发进行，故D错误。 13.(10分)(2024·金华卓越联盟联考)过氧化氢(H2O2)广泛应用于绿色化学合成、医疗消毒等领域。研究表明，过氧化氢溶液中c()越大，分解速率越快。 (1)已知：2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH1=-572 kJ·mol-1 H2(g)+O2(g)===H2O2(l)　ΔH2=-188 kJ·mol-1 则反应2H2O2(l)===2H2O(l)+O2(g)能自发进行的条件是　　　　(填字母)。  A.高温 B.任何温度均自发 C.任何温度均不自发 D.低温 (2)100 ℃时，在不同金属离子存在下，纯过氧化氢24 h的分解率如下： 离子 加入量/(mg·L-1) 分解率/% 离子 加入量/(mg·L-1) 分解率/% 无 - 2 Fe3+ 1.0 15 Al3+ 10 2 Cu2+ 0.1 86 Zn2+ 10 10 Cr3+ 0.1 96 由上表可知，能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是　　　　。贮运过氧化氢时，可选用的容器材质为　　　　(填字母)。  A.不锈钢 B.纯铝 C.黄铜 D.铸铁 (3)室温下，Ka1(H2O2)=2.24×10-12。过氧化钠与水反应的过程为Na2O2H2O2O2+H2O。将少量Na2O2固体投入等体积的H2O、稀H2SO4中，观察到稀硫酸中的生成气泡速率小于水中。原因是　　　　　　　　　　　　。  答案　(1)B　(2)Cr3+　B　(3)稀硫酸抑制H2O2电离，降低c()，降低了H2O2分解速率 解析　(1)根据盖斯定律，反应①-2×反应②可得：2H2O2(l)===2H2O(l)+O2(g)　ΔH=ΔH1-2×ΔH2=-572 kJ·mol-1-2×(-188 kJ·mol-1)=-196 kJ·mol-1；反应的ΔH<0，ΔS>0，根据ΔG=ΔH-TΔS<0可知，反应在任何温度下均自发进行。(2)由上表可知，Cr3+存在时，纯过氧化氢24 h的分解率最高，故能使过氧化氢分解反应活化能降低最多的离子是Cr3+，Al3+存在时，纯过氧化氢24 h的分解率最低，故贮运过氧化氢时，可选用的容器材质为纯铝。 14.(14分)(2025·嘉兴阶段性测试)把煤作为燃料可通过下列两种途径： 途径Ⅰ：C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH1<0 ① 途径Ⅱ：先制成水煤气：C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)　ΔH2>0 ② 再燃烧水煤气：2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)　ΔH3<0 ③ 2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH4<0 ④ (1)水蒸气与足量红热的炭反应产生水煤气：C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1，ΔS=+133.7 J·mol-1·K-1 ①该反应在　　　　(填“高温”或“低温”)下能自发进行。  ②写出该反应的平衡常数表达式：　　　　。  ③温度升高，平衡常数　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)，恒温恒容条件下，再投入H2O(g)，平衡向　　　　(填“正反应方向”“逆反应方向”或“不”)移动，达到新平衡时与原平衡状态相比　　　　  (填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)一定条件下，1 mol CH3OH和O2发生反应时，生成CO、CO2或HCHO的能量变化如图所示［反应物O2(g)和生成物H2O(g)略去］。 在有催化剂作用下，CH3OH与O2反应主要产物为　　　　；无催化剂时，升高温度更有利于提高　　　　  的产率。 答案　(1)①高温　②K=　③增大　正反应方向　减小　(2)HCHO　HCHO 解析　(1)①ΔH>0，ΔS>0，则高温时该反应能自发进行。②该反应的平衡常数表达式：K=；温度升高，平衡正向移动，平衡常数增大。③恒温恒容条件下，再投入H2O(g)，平衡向正反应方向移动；此过程温度不变，K=不变，c(CO)增大，达到新平衡时与原平衡状态相比减小。(2)由题图可知，有催化剂时，生成HCHO的活化能减小，而生成CO的活化能增大，且生成HCHO的活化能小于生成CO的活化能，故有催化剂时的主要产物为HCHO；无催化剂时，升高温度使反应速率增大，但活化能大的反应，化学反应速率受温度变化影响更大，更有利于提高HCHO的产率。 学科网（北京）股份有限公司 $