专题2 第2单元 第1课时 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（苏教版 江苏专版）

本讲义聚焦化学反应方向的判断，从生活中的自发过程（如高山流水、花香扩散）和自发反应（如Cl₂与KBr反应）切入，通过焓变（放热与吸热反应实例）、熵变（混乱度变化）分析，最终构建ΔH-TΔS复合判据，形成判断反应自发性的思维模型。 资料以生活化实例和实验探究（如NH₄HCO₃与CH₃COOH吸热反应）为载体，通过辨析题（如“自发反应不需条件”的判断）和问题链（如“非自发反应能否发生”）培养科学思维（证据推理）和化学观念（反应规律），课中辅助教师引导学生构建模型，课后对点练帮助学生巩固知识、查漏补缺。

第二单元　化学反应的方向与限度 第1课时　化学反应的方向 [核心素养发展目标]　1.了解判断化学反应进行方向的判据，构建判断化学反应自发性的思维方法模型。 2.能结合具体事例说明反应自发进行的方向性，增强对化学反应自发性研究重要意义的认识。 一、自发过程和自发反应 1.自发过程 (1)定义：在一定条件下，不用借助于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)生活中的自发过程 ①花香四溢； ②酒香扩散(酒香不怕巷子深)； ③食盐在水中溶解； ④石头在水中会自动沉底； ⑤墨汁在水中扩散等。 (4)非自发过程 定义：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)判断下列反应在室温下能否自动进行，如能自动进行，请写出相应的化学方程式。 ①水分解成氢气和氧气的反应：不能自动进行。 ②氯气与溴化钾溶液的反应：Cl2+2KBr===2KCl+Br2。 ③乙烯与溴单质的四氯化碳溶液的反应： CH2==CH2+Br2→CH2Br—CH2Br。 ④氮气和氧气生成一氧化氮的反应：不能自动进行。 (2)概念：在一定条件下能自动进行的反应，我们称之为自发反应。一定条件指温度、光照、催化剂、压强等条件。 (3)特点：具有方向性，即许多化学反应的正反应能自动进行，而其逆反应无法自动进行。 (1)在一定条件下，不用借助外力就能自发进行的过程是自发过程(　　) (2)自发过程不需任何条件就能发生(　　) (3)室温下冰变成水属于自发过程(　　) (4)能自发进行的反应，反应速率一定很大(　　) 答案　(1)√　(2)×　(3)√　(4)× 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也能发生。 对自发反应中“一定条件”的理解 (1)包括能加快化学反应速率的条件，如“搅拌、研磨”等。 (2)包括反应开始时需要、开始后就不再需要的条件，如“点燃、光照、加热、高温”等。 3.知道了某个反应是自发反应后，能否知道某条件下是否发生？能否预测反应的快慢？ 提示　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。 二、化学反应进行方向的判据 1.反应焓变与反应方向 (1)阅读教材[观察思考]，分析这些反应自发进行的可能原因：均是放热反应，ΔH<0。 (2)实验探究反应能自发进行的可能原因 实验操作 实验现象 锥形瓶和木板因水结冰粘在了一起 实验结论 该反应能自发进行，且为吸热反应 (3)焓变与化学反应的方向 ①多数放热反应是自发进行的。如燃烧反应、中和反应等。 ②有少数吸热反应也能自发进行。如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)===CO2(g)+CH3COONH4(aq)+H2O(l)　ΔH>0。 ③还有一些吸热反应在常温条件下不能自发进行，但在较高温度下能自发进行。如CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)　ΔH>0。 因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。 2.反应熵变与反应方向 (1)阅读教材[观察思考] ①硝酸铵溶解前，晶体中铵根离子和硝酸根离子规则排列，溶于水后形成水合离子，无序地分散在溶液中，即体系的混乱度增大。 ②碳酸钙分解成CO2气体，NH4Cl(s)和Ba(OH)2·8H2O反应生成氨气，气体的产生会导致体系的混乱度增大。 这些反应能自发进行的可能原因：体系的混乱度增大。 (2)熵、熵变的概念 (3)熵增、熵减的判断 ①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，是熵增大的过程。 ②气态物质物质的量增大的反应，通常ΔS>0，是熵增大的反应。 ③气态物质物质的量减小的反应，通常ΔS<0，是熵减小的反应。 (4)ΔS与化学反应进行方向的关系 ①ΔS>0，有利于反应自发进行，但有些ΔS<0的反应也能自发进行。因此不能只根据ΔS>0或ΔS<0来判断化学反应能否自发进行。 ②与环境既没有物质交换又没有能量交换的孤立体系或绝热体系，自发过程总向着熵增加的方向进行。 3.焓变、熵变对反应方向的共同影响 (1)分析下列几种变化的方向 变化 能否自发 焓变 熵变 CO2(s)→CO2(g) 能 ΔH>0 ΔS>0 2Mg(s)+O2(g)===2MgO(s) 能 ΔH<0 ΔS<0 K(s)+H2O(l)===K+(aq)+OH-(aq)+H2(g) 能 ΔH<0 ΔS>0 Ag+(aq)+Cl-(aq)===AgCl(s) 能 ΔH<0 ΔS<0 (2)ΔH、ΔS与化学反应方向的关系 ①当ΔH<0，ΔS>0时，反应一定能自发进行。 ②当ΔH>0，ΔS<0时，反应一定不能自发进行。 ③当ΔH>0、ΔS>0或ΔH<0、ΔS<0时，反应是否能自发进行与反应的温度有关。 拓展延伸　复合判据，对于一个化学反应能否自发进行，用以下式子判断： ΔH-TΔS (1)放热反应一定能自发进行(　　) (2)O2转化变为O3时，熵减小(　　) (3)熵增的反应一定能自发进行(　　) (4)合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，高温有利于其自发进行(　　) (5)由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合所有的过程(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√ 1.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)2NaHCO3(s)Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)，该反应是　　　　热反应，ΔH　　　　0，　　　　自发进行。 答案　(1)放　<　(2)放　<　能　(3)吸　能　(4)吸　>　能 2.(1)反应CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑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，常温下　　　　自发进行。 答案　>　能 (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中的反应Ca(OH)2(aq)+CO2(g)===CaCO3(s)+H2O(l)　　　　自发进行，其ΔS　　0。 答案　能　< 3.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　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ΔH-TΔS<0时，反应可正向自发进行，则有T>≈1 111.6 K。 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.下列反应属于非自发反应的是(　　) A.铁与稀盐酸反应 B.氢气在氧气中燃烧生成水 C.水分解变成氢气和氧气 D.氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 答案　C 3.(2024·淮安高二质检)下列说法不正确的是(　　) 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，则该反应是熵增反应 C.碳酸铵[CO3]在室温下就能自发地分解产生氨气是因为外界给予了能量 D.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)是一个熵减反应 答案　C 解析　Na与水反应生成H2，ΔS>0，此反应为放热反应，则ΔH<0，故ΔH-TΔS<0，该反应能自发进行，A项正确；吸热反应ΔH>0，能自发进行必须满足ΔH-TΔS<0，所以ΔS>0，B项正确；碳酸铵在室温下自发分解产生氨气，是因为该反应的ΔS>0，C项错误；反应CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)为气体分子数减小的反应，该反应是一个熵减反应，D项正确。 题组二　ΔH、ΔS与反应方向的判断 4.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、压强一定时，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。 5.(2024·江苏南菁高级中学调研)灰锡结构松散，不能制造器皿，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条件下，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知：在0 ℃、100 kPa下白锡转化为灰锡的反应的焓变和熵变分别为ΔH=-2.18 kJ·mol-1、ΔS=-6.61 J·mol-1·K-1)(　　) A.会变成灰锡 B.无法确定 C.只有继续降低温度才会变成灰锡 D.只有继续升高温度才会变成灰锡 答案　A 解析　在0 ℃、100 kPa条件下，ΔH-TΔS=-2 180 J·mol-1-273 K×(-6.61 J·mol-1·K-1)=-375.47 J·mol-1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡，故选A。 6.实现“节能减排”和“低碳经济”的一个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 答案　C 解析　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小，ΔS<0。 7.在图①中A、B两个容器里，分别收集着两种不同的理想气体。若将中间活塞打开，两种气体分子立即都占有了两个容器(如图②)。下列关于此过程的说法错误的是(　　) A.此过程是体系从混乱程度小向混乱程度大变化的过程，即熵增大的过程 B.此过程为自发过程，而且没有热量的吸收或放出 C.此过程从有序到无序，混乱度增大 D.此过程是自发可逆的 答案　D 解析　由题意可知，此过程为不伴随能量变化的自发过程，是体系混乱度增大的过程。自发过程是不可逆的。 8.(2024·常州期中)下列有关化学反应方向及判据的说法不正确的是(　　) A.ΔH>0、ΔS<0的反应在任何温度下都不能自发进行 B.2NaHCO3(s)===Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)　ΔH>0，该反应在高温条件下能自发进行，原因是反应的ΔS>0 C.焓变和熵变都与反应的自发性有关，但焓变和熵变都不可以单独作为反应自发性的判据 D.自发反应就是能较快进行的反应，非自发反应就是无法进行的反应 答案　D 解析　ΔH>0，ΔS<0，ΔH-TΔS>0，反应在任何温度下都不能自发进行，A项正确；2NaHCO3(s)===Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)　ΔH>0，ΔS>0，高温下ΔH-TΔS<0，则该反应高温时能自发进行，原因是ΔS>0，B项正确；焓变和熵变都不可以单独作为反应自发性的判据，C项正确；反应能否自发进行与反应速率的大小无关，D项错误。 9.奥地利物理学家Boltzmann首次将熵与混乱度定量地联系起来，即S=kln Ω[k为Boltzmann常数；Ω为混乱度(即微观状态数)，也粗略地看作空间排列的可能性数目]。在常温常压下，下列反应是熵增反应的是(　　) A.NH4HC2O4(s)===NH3(g)+CO(g)+CO2(g)+H2O(g) B.3F2(g)+8NH3(g)===6NH4F(s)+N2(g) C.SO2(g)+CaO2(s)===CaSO4(s) D.C(CH3)4(g)===CH3CH2CH(CH3)2(l) 答案　A 10.下列对化学反应预测正确的是(　　) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A M(s)===X(g)+Y(s) ΔH>0 它是非自发反应 B 4M(s)+N(g)+2W(l)===4Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 C 4X(g)+5Y(g)===4W(g)+6G(g) 能自发进行 ΔH可能大于0 D W(s)+G(g)===2Q(g) ΔH>0 任何温度都自发进行 答案　C [11~12题，每小题8分] 11.(2024·镇江期中)汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体，反应原理：2NO(g)+2CO(g)===N2(g)+2CO2(g)，在298 K、100 kPa下，ΔH=-113 kJ·mol-1、ΔS=-145 J·mol-1·K-1。下列说法错误的是(　　) A.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 B.该反应常温下不能自发进行，因此需要高温和催化剂 C.该反应常温下能自发进行，高温和催化剂只是加快反应的速率 D.汽车尾气中的这两种气体会与血红蛋白结合而使人中毒 答案　B 解析　该反应是放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，A项正确；常温下，ΔH-TΔS=-113 kJ·mol-1-298 K×(-145 J·mol-1·K-1)×10-3 kJ·J-1<0，故常温下该反应可自发进行，高温和催化剂只是加快反应速率，B项错误、C项正确；CO和NO均会与血红蛋白结合而使人中毒，D项正确。 12.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s)+O2(g)===2CO(g)；反应②：2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)，反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示(ΔG=ΔH-TΔS，假设ΔH、ΔS不随温度变化)。下列说法错误的是(　　) A.反应②2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0 B.983 K是两个反应主次趋势变化的转折点 C.L1对应反应① D.当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主 答案　C 解析　根据化学方程式可知，反应②的ΔS<0，则-TΔS>0，根据273 K时，ΔG=ΔH-TΔS<0，所以ΔH<0，A正确；ΔG越小，说明反应能够发生的趋势越大，983 K时两反应的ΔG相等，之后两反应的ΔG大小关系发生变化，则反应主次趋势发生变化，B正确；反应①的ΔS>0，根据ΔG=ΔH-TΔS，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，L1对应反应②，C错误；当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主，D正确。 13.(6分)已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。 (1)已知2CO(g)CO2(g)+C(s)，T=980 K时，ΔH-TΔS=0。当体系温度低于980 K时，估计ΔH-TΔS　　　　(填“大于”“小于”或“等于”，下同)0；当体系温度高于980 K时，估计ΔH-TΔS　　　　0。  (2)电子工业中清洗硅片上SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)===SiF4(g)+2H2O(g) ΔH(298.15 K)=-94.0 kJ·mol-1、ΔS(298.15 K)=-75.8 J·mol-1·K-1，设ΔH和ΔS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是　　　　。  答案　(1)小于　大于　(2)T<1 240 K 解析　(1)C(s)+CO2(g)2CO(g)的反应为吸热反应，ΔH>0，则2CO(g)CO2(g)+C(s)为放热反应，ΔH<0，且该反应ΔS<0，则当T<980 K时，ΔH-TΔS<0，T>980 K时，ΔH-TΔS>0。 (2)由题给信息可知，要使反应能自发进行，应有ΔH-TΔS<0，即-94.0 kJ·mol-1-T×(-75.8×10-3 kJ·mol-1·K-1)<0，则T<≈1 240 K。 14.(4分)(2024·苏州期中)地下水中的氮污染主要是由N引起的，人们对N的转化进行了长时间的研究，目前主要有物理方法、化学方法和生物方法，其中化学方法主要包含活泼金属还原法和催化反硝化法。催化反硝化法是一种经济可行的脱氮方法，其原理是在Pd/Cu双金属催化剂作用下，H2将硝酸盐还原成氮气：2N+5H2N2+2OH-+4H2O。 (1)下列说法错误的是　　　　(填字母)。  A.氮肥NH4NO3溶于水的过程中熵值增大 B.在酸性条件下，活泼金属与N反应属于自发反应 C.Pd/Cu双金属催化剂是该反应是否能自发发生的决定因素 (2)已知：2N(aq)+5H2(g)N2(g)+2OH-(aq)+4H2O(l)的ΔH=a kJ·mol-1，ΔS=b J·mol-1·K-1(a、b均为正值)，该反应　　　　　　(填“能”“不能”或“无法判断是否能”)自发进行。  答案　(1)C　(2)无法判断是否能 解析　(1)NH4NO3溶于水时混乱度增大，其熵值增大，A项正确；活泼金属易失去电子，酸性条件下N具有强氧化性，二者反应属于自发反应，B项正确；决定反应是否为自发反应的因素是反应物自身的性质，C项错误。 (2)ΔH-TΔS=a kJ·mol-1-b×10-3 kJ·mol-1·K-1×T K，由于无法判断a和bT×10-3值的相对大小，故无法确定ΔH-TΔS是大于0还是小于0，所以无法判断该反应是否能自发进行。 15. (14分)(1)催化剂在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“<”，下同)0，ΔS　　　0，在低温下，该反应　　　　(填“能”或“不能”)自发进行。  (2)已知在100 kPa、298 K时石灰石分解反应CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)的ΔH>0、ΔS>0。 ①常温下，该反应　　　　(填“能”或“不能”，下同)自发进行。  ②据本题反应数据分析，温度　　　　成为反应进行方向的决定因素。  (3)已知CaSO4(s)+CO(g)CaO(s)+SO2(g)+CO2(g)　ΔH=218 kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是　　　　。  (4)某吸热反应能自发进行，则该反应的ΔS　　　(填“>”或“<”)0。  答案　(1) > 　>　 不能 　(2)①不能　②能　 (3)高温　 (4) > 解析　(1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和氧气的反应为吸热反应，ΔH>0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，ΔS>0，故低温下ΔH-TΔS>0，反应不能自发进行。(2)①ΔH-TΔS<0时反应能自发进行，已知ΔH>0，ΔS>0，则常温下不能自发进行。②该反应的ΔH>0、ΔS>0，高温条件下能使ΔH-TΔS<0，而低温条件下ΔH-TΔS>0，则该反应中温度是决定反应进行方向的因素。(3)该反应的ΔS>0、ΔH>0，则高温时ΔH-TΔS<0，反应能自发进行。 (4)已知某吸热反应能自发进行，即ΔH-TΔS<0，ΔH>0，则ΔS>0。 学科网（北京）股份有限公司 $