2.1 化学反应的方向（题型专练）化学沪科版选择性必修1

**基本信息** 以“单一判据→复合判据”为逻辑主线，通过题型分类构建“概念-典例-变式”三阶训练体系，强化化学观念与科学思维 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |化学反应的方向与焓变|1典例+2变式|焓判据应用及局限性分析|从能量变化引入焓判据，通过反例揭示单一因素不足| |熵和熵变的规律|1典例+3变式|气体物质的量变化判断熵变正负|基于混乱度概念建立熵变判断规则| |化学反应的方向与熵变|1典例+4变式|熵变与反应方向关系及局限性|类比焓判据，通过实例说明熵变亦非唯一因素| |化学反应的方向与焓变、熵变的关系|2典例+4变式|ΔG=ΔH-TΔS复合判据及温度影响规律|整合焓变、熵变，构建综合判断模型，推导温度对自发性的影响|

第一节 化学反应的方向（题型突破·举一反三） 题型01 化学反应的方向与焓变 题型02 熵和熵变的规律 题型03 化学反应的方向与熵变 题型04 化学反应的方向与反应的焓变、熵变等的关系 ▌题型01 化学反应的方向与焓变 1．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(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。 2．焓变与化学反应进行方向的关系 （1）多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 （2）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。 结论：反应的焓变是与反应进行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。 【典例1-1】下列不能用焓判据解释的自发进行的过程是（ ） A.铁在潮湿空气中生锈 B.天然气的燃烧 C.铜在潮湿空气中产生铜绿 D.NH4Cl 与 Ba(OH)2·8H2O 反应产生NH3 【变式1-1】实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是（ ） A. 所有的放热反应都是自发进行的 B.所有的自发反应都是放热的 C.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 【变式1-2】下列反应中，属于焓减、熵增反应的是 A．   B．   C．   D．   ▌题型02 熵和熵变的规律 熵变规律：对于有气体参加的反应（气体可以是反应物也可以是生成物）且气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增大的反应；反之，气态物质的物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减小的反应。 【典例2-1】目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：，如图表示该反应过程中能量(单位为)的变化。下列关于该反应的说法正确的是_____________。 A．， B．， C．， D．， 【变式2-1】1913年，Haber-Bosch发明的催化合成氨技术实现了工业化生产： 111．关于该反应的与判断正确的是__________。 A．ΔH与均大于0 B．ΔH与均小于0 C．ΔH大于0，小于0 D．ΔH小于0，大于0 【变式2-2】下列几个过程中，属于熵减的变化是 A．干冰的升华 B．NaCl固体溶于水 C．2Na+Cl22NaCl D．NH4ClNH3↑+HCl↑ 【变式2-3】下列说法正确的是 A．放热反应一定是自发反应 B．熵增的反应不一定是自发反应 C．固体溶解一定是熵减小的过程 D．非自发反应在任何条件下都一定不能发生 ▌题型03 化学反应的方向与熵变 （2） 自发反应与熵变的关系 许多熵增大的反应在常温常压下可以自发进行；少数熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。说明反应的熵变是与反应进行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。 【典例3-1】(氨基甲酸铵)  的熵变__________0。 A．>    B．=    C．< 【变式3-1】自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。下列说法中正确的是 A．冰在室温下自动融化成水，这是熵增的反应 B．25℃、时，是熵减反应 C．、的反应在任何温度下都不能自发进行 D．可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，一定小于零 【变式3-2】下列说法正确的是 A．液态水凝结成冰的过程，， B．固体溶解于水过程一定是，的变化不确定 C．室温下不能自发进行，说明该反应的 D．  能自发反应，则a只可能等于1 【变式3-3】下列说法中，正确的是 A．同一物质， B．固体溶解是一个熵减小的过程 C．能够自发进行的反应一定是熵增加的过程 D．反应能自发进行，则该反应的 【变式3-4】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较合理的是 A． B． C． D． ▌题型04 化学反应的方向与反应的焓变、熵变等的关系 1．正确判断反应自发进行的方向对于生产实践具有重要的意义。在工业生产中，对能够发生的化学反应，研究和选择合适的反应条件才有实际意义。判断反应自发进行的方向时应综合考虑焓变和熵变。即使用复合判据：ΔG＝ΔH－TΔS ΔG<0时，反应能自发进行； ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ΔG>0时，反应不能自发进行。 2．温度对反应进行方向的影响 当△H＜0，△S＞0时，化学反应在任何温度下都能自发进行； 当△H＞0，△S＜0时，化学反应在任何温度下都不能自发进行； 当△H＞0，△S＞0时，化学反应在高温下能自发进行； 当△H＜0，△S＜0时，化学反应在低温下都能自发进行。 【典例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，发生反应：，在低温下，该反应_____(填“能”或“不能”)自发进行。 【典例4-2】研发CO2 利用技术成为了研究热点，某科研团队采用一种类似“搭积木”的方式，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成，“积木”中涉及如下两个反应： ①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)  ΔH<0 ②CH3OH(g)+O2(g) HCHO(g)+H2O2(l) 该反应在以下哪种情况下易自发进行_________________。 A．高温      B．低温       C．任意温度 【变式4-1】反应，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．在任何条件下都不能自发进行 【变式4-2】超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的和转变成和，化学方程式为。反应在常温下能够自发进行，则反应的_____(填“>”或“<”)0。 【变式4-3】下列反应一定属于非自发进行的是_____。 A．   B．   C．   D．   【变式4-4】综合利用、对实现“零排放”有重要意义。和合成甲醇反应为：    回答下列问题： （1）能正确表示合成甲醇反应中能量变化的图像是___________。 A． B． C． D． （2）该反应的随温度的变化趋势正确的是___________。 A． B． C． D． / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 化学反应的方向（题型突破·举一反三） 题型01 化学反应的方向与焓变 题型02 熵和熵变的规律 题型03 化学反应的方向与熵变 题型04 化学反应的方向与反应的焓变、熵变等的关系 ▌题型01 化学反应的方向与焓变 1．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(能量变化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。 2．焓变与化学反应进行方向的关系 （1）多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。 （2）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。 结论：反应的焓变是与反应进行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。 【典例1-1】下列不能用焓判据解释的自发进行的过程是（ ） A.铁在潮湿空气中生锈 B.天然气的燃烧 C.铜在潮湿空气中产生铜绿 D.NH4Cl 与 Ba(OH)2·8H2O 反应产生NH3 【答案】D 【解析】铁在潮湿空气中能自发产生铁锈，该反应的ΔH<0，是能用焓判据解释的自发过程，A错误;天然气燃烧生成 CO2和水，该反应的 ΔH<0，是能用焓判据解释的自发过程，B错误;铜在潮湿空气中能自发产生铜绿，该反应的 ΔH<0，是能用焓判据解释的自发过程，C错误;NH4Cl与BBa(OH)2·8H2O反应吸热，ΔH>0，是不能用焓判据解释的自发过程，D正确。 【变式1-1】实验证明，多数能自发进行的反应都是放热反应。对此说法的理解正确的是（ ） A. 所有的放热反应都是自发进行的 B.所有的自发反应都是放热的 C.焓变是影响反应是否具有自发性的一种重要因素 D.焓变是决定反应是否具有自发性的唯一判据 【答案】C 【变式1-2】下列反应中，属于焓减、熵增反应的是 A．   B．   C．   D．   【答案】B 【解析】A．反应中气体O2和液态H2O转化为固体Fe(OH)3，气体减少，熵减；ΔH为负，焓减，A错误； B．反应物9 mol气体生成10 mol气体，熵增；ΔH为负，焓减，属于焓减、熵增反应，B正确； C．固体分解生成气体CO2，熵增，但ΔH为正，焓增，C错误； D．生成气体CO2，熵增，但ΔH为正，焓增，D错误； 故选B。 ▌题型02 熵和熵变的规律 熵变规律：对于有气体参加的反应（气体可以是反应物也可以是生成物）且气态物质的物质的量增大的化学反应，其熵变通常是正值，是熵增大的反应；反之，气态物质的物质的量减小的化学反应，其熵变通常是负值，是熵减小的反应。 【典例2-1】目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：，如图表示该反应过程中能量(单位为)的变化。下列关于该反应的说法正确的是_____________。 A．， B．， C．， D．， 【答案】C 【解析】由能量图可知反应物总能量＞生成物总能量，即； 方程式，气体分子数左边 4 mol、右边 2 mol，混乱度减小，即，故选C。 【变式2-1】1913年，Haber-Bosch发明的催化合成氨技术实现了工业化生产： 111．关于该反应的与判断正确的是__________。 A．ΔH与均大于0 B．ΔH与均小于0 C．ΔH大于0，小于0 D．ΔH小于0，大于0 【答案】B 【解析】合成氨反应是气体体积减小的放热反应，所以反应的焓变、熵变均小于0，故选B； 【变式2-2】下列几个过程中，属于熵减的变化是 A．干冰的升华 B．NaCl固体溶于水 C．2Na+Cl22NaCl D．NH4ClNH3↑+HCl↑ 【答案】C 【解析】A．干冰的升华是固体变化为气体，熵增大，故A不符合； B．NaCl溶于水溶解生成氯离子和钠离子，混乱度增大，熵增大，故B不符合； C．2Na+Cl22NaCl反应中气体体积减小，熵减小，故C符合； D．NH4ClNH3↑+HCl↑反应后生成气体，反应的熵增大，故D不符合。 答案选C。 【变式2-3】下列说法正确的是 A．放热反应一定是自发反应 B．熵增的反应不一定是自发反应 C．固体溶解一定是熵减小的过程 D．非自发反应在任何条件下都一定不能发生 【答案】B 【解析】A．放热反应（）不一定是自发反应。例如， 是放热反应，但在高温下， 会导致 ，反应不能自发进行，A 错误；B．熵增的反应（）不一定是自发反应。例如， 是熵增反应，但在常温下 且数值较大，会导致 ，反应不能自发进行；只有在高温下， 足够大时， 才会小于 0，反应才能自发进行，B 正确；C．固体溶解时，粒子从有序的晶体状态变为分散在溶剂中的无序状态，熵是增大的过程。例如， 固体溶于水，，C 错误；D．非自发反应（）在改变条件（如温度、压强）后可能变为自发反应。例如，水分解为氢气和氧气在常温下非自发，但在通电条件下可以发生电解反应，D 错误；故答案选B。 ▌题型03 化学反应的方向与熵变 （2） 自发反应与熵变的关系 许多熵增大的反应在常温常压下可以自发进行；少数熵减小的反应在一定条件下也可以自发进行。说明反应的熵变是与反应进行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。 【典例3-1】(氨基甲酸铵)  的熵变__________0。 A．>    B．=    C．< 【答案】反应I：为气体体积减小的反应，所以熵变<0，   【变式3-1】自然界中有一些过程是自发进行的，而且是有方向性的。下列说法中正确的是 A．冰在室温下自动融化成水，这是熵增的反应 B．25℃、时，是熵减反应 C．、的反应在任何温度下都不能自发进行 D．可逆反应正向进行时，正反应具有自发性，一定小于零 【答案】C 【解析】A．冰在室温下自动融化成水是熵增过程，但融化是物理变化而非化学反应，因此描述为“熵增的反应”错误，A错误；B．该反应中气体分子数增加（2 mol → 5 mol），熵增大，是熵增反应而非熵减反应，B错误；C．（吸热）且（熵减）时，使恒成立，即任何温度下，反应均不自发，C正确；D．可逆反应正向自发时，可能大于零（熵增驱动），也可能小于零，D错误；故选C。 【变式3-2】下列说法正确的是 A．液态水凝结成冰的过程，， B．固体溶解于水过程一定是，的变化不确定 C．室温下不能自发进行，说明该反应的 D．  能自发反应，则a只可能等于1 【答案】D 【解析】A．同种物质，液态的能量大于固态，则水凝结成冰的过程是放热过程，即，液态时的熵大于固态时的熵，则水凝结成冰的过程是熵减小的过程，即，故A错误；B．当固体物质在水中溶解时，粒子从有序排列转变为自由运动，这一变化 增加了熵。然而，由于水分子在溶质粒子周围形成了更为有序的排列，这又导致了熵的减小。由于水分子的溶剂化作用非常显著，因此整个溶解过程可能是熵增加的，也可能是熵减小的，故固体溶解于水过程不一定是，如溶于水，由于溶剂水分子被有序地束缚在水合离子周围，导致体系的熵减小，即，固体溶于水可能是放热也可能是吸热，故、的变化均不确定，故B错误；C．的，室温下不能自发进行，说明该反应，则，故C错误；D．，满足了焓判据，题干没有限定是高温自发还是低温自发，则认定该反应能在任何温度下自发进行，则，则a只能等于1，故D正确；故答案选D。 【变式3-3】下列说法中，正确的是 A．同一物质， B．固体溶解是一个熵减小的过程 C．能够自发进行的反应一定是熵增加的过程 D．反应能自发进行，则该反应的 【答案】A 【解析】A．同一物质的气态熵大于液态，液态熵大于固态，顺序正确，A正确；B．固体溶解时粒子分散度增加，系统混乱度增大，属于熵增过程，B错误；C．自发反应由复合判据决定，当时反应能自发进行，因此要同时考虑熵变和焓变，如当低温下，反应自发，当，高温下，反应自发，故熵增不是决定反应能否自发进行的必然条件，C错误；D．根据复合判据判断，当时反应能自发进行，该反应前后气体分子数减少，则，要使，需，且其绝对值要相对较大才可能使，D错误；故选A。 【变式3-4】相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较合理的是 A． B． C． D． 【答案】C 【解析】A．同温同压下，气体的物质的量越大，混乱度越大，熵越大，因此的熵小于的熵，A错误；B．相同条件下，同一物质的熵满足：气态＞液态，气态物质混乱度更大，因此的熵小于的熵，B错误；C．同温同压下，相同物质的量的同状态气体，分子结构越复杂、原子数越多，熵越大，分子比结构简单，因此的熵小于的熵，C正确；D．金刚石中碳原子的排列比石墨更有序，混乱度更小，因此的熵小于的熵，D错误；故选C。 ▌题型04 化学反应的方向与反应的焓变、熵变等的关系 1．正确判断反应自发进行的方向对于生产实践具有重要的意义。在工业生产中，对能够发生的化学反应，研究和选择合适的反应条件才有实际意义。判断反应自发进行的方向时应综合考虑焓变和熵变。即使用复合判据：ΔG＝ΔH－TΔS ΔG<0时，反应能自发进行； ΔG＝0时，反应处于平衡状态； ΔG>0时，反应不能自发进行。 2．温度对反应进行方向的影响 当△H＜0，△S＞0时，化学反应在任何温度下都能自发进行； 当△H＞0，△S＜0时，化学反应在任何温度下都不能自发进行； 当△H＞0，△S＞0时，化学反应在高温下能自发进行； 当△H＜0，△S＜0时，化学反应在低温下都能自发进行。 【典例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，发生反应：，在低温下，该反应_____(填“能”或“不能”)自发进行。 【答案】不能 【解析】二氧化碳分解吸热：；气体物质的量上涨， ，自发条件需；低温下T数值很小，故，则该反应，因此不能自发。 【典例4-2】研发CO2 利用技术成为了研究热点，某科研团队采用一种类似“搭积木”的方式，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成，“积木”中涉及如下两个反应： ①CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)  ΔH<0 ②CH3OH(g)+O2(g) HCHO(g)+H2O2(l) 该反应在以下哪种情况下易自发进行_________________。 A．高温      B．低温       C．任意温度 【答案】B 【解析】反应①：，气体分子数减少，；又已知。 根据自发判据： 时，低温下，反应自发，选； 【变式4-1】反应，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．在任何条件下都不能自发进行 【答案】B 【解析】当时，反应能自发进行，该反应的ΔH＞0，ΔS＞0，则在高温下反应能自发进行，故选B。 【变式4-2】超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的和转变成和，化学方程式为。反应在常温下能够自发进行，则反应的_____(填“>”或“<”)0。 【答案】< 【解析】气体物质的量：反应物 4 mol → 生成物 3 mol，气体混乱度下降，。 常温下反应自发即； 由，可知，为保证整体小于零，焓变必须小于零，即。 【变式4-3】下列反应一定属于非自发进行的是_____。 A．   B．   C．   D．   【答案】A 【解析】A． ；气体分子数目由 3→2，。、，任意温度下恒成立，故该反应在任何温度都不能自发进行，A符合题意； B． ，；高温自发，B不符合题意； C． 葡萄糖燃烧：，恒自发，C不符合题意； D．，；低温自发，D不符合题意； 故选A。 【变式4-4】综合利用、对实现“零排放”有重要意义。和合成甲醇反应为：    回答下列问题： （1）能正确表示合成甲醇反应中能量变化的图像是___________。 A． B． C． D． （2）该反应的随温度的变化趋势正确的是___________。 A． B． C． D． 【答案】（1）B （2）C 【解析】（1）该反应焓变小于零，反应焓变等于生成物能量减去反应物能量，所以生成物能量小于反应物能量，反应时，需要先吸收能量突破活化能能垒，符合的选项为B。 （2）该反应为气体分子数减小的反应，所以熵变小于零，则随温度的图像斜率大于零，焓变小于零，所以温度接近0 K时曲线与纵轴的交点小于零，符合的图像为选项C。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $