第2章 第1节 化学反应的方向-【优学精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修一同步教参（人教版·不定项）

本讲义聚焦化学反应方向的判断这一核心知识点，先通过自发反应概念引入，系统梳理反应焓变、熵变与反应方向的关系，再构建ΔH-TΔS综合判据，形成从单一因素到多因素分析的学习支架。 该资料通过对比放热与吸热、熵增与熵减的实例培养科学思维，设计判断题和计算题（如甲烷裂解温度计算）提升科学探究能力，体现化学观念中“化学反应遵循规律”。课中辅助教师引导学生构建知识体系，课后学生可通过练习题巩固，弥补理解盲点。

第1节　化学反应的方向 【学习目标】　1.知道化学反应是有方向的。　2.通过“有序”和“无序”的对比，了解熵和熵变的概念。 3．知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关，能用定量关系式ΔH－TΔS判断化学反应的方向。 知识点一　反应焓变、熵变与反应方向 1．反应焓变与反应方向 (1)自发反应：在一定条件(温度、压强)下，具有自动发生倾向的化学反应。 (2)反应焓变与反应方向的关系 例如：4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH＝－444.3 kJ·mol-1 NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝＋37.30 kJ·mol-1 上述反应均能自发进行。 结论：反应能否自发进行与反应焓变有关，但反应焓变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)熵与熵变 熵 概念 描述体系的无序程度的物理量，其符号为S，单位是 J·mol-1·K-1 意义 熵值越大，体系无序程度越大 影响 因素 不同物质：相同条件下不同物质具有不同的熵值，分子结构越复杂，熵值越大； 同一物质：S(g)>S(l)>S(s) 熵 变 概念 反应产物的总熵与反应物的总熵之差，符号为ΔS 计算式 ΔS＝S(反应产物)－S(反应物) 正负判 断依据 气体体积增大的反应，ΔS>0 气体体积减小的反应，ΔS<0 (2)反应熵变与反应方向的关系 例如：C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔS＝＋133.8 J·mol-1·K-1　 2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔS＝－39.4 J·mol-1·K-1 上述反应均能自发进行。 结论：反应能否自发进行与反应熵变有关，但反应熵变不是决定反应能否自发进行的唯一因素。 (1)与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小(　　) (2)非自发反应一定不能发生(　　) (3)常温下，2H2O2H2↑＋O2↑，即常温下水的分解反应是自发反应(　　) (4)放热反应一定能自发进行(　　) (5)熵增加的反应在常温、常压下一定能自发进行(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× 1．以下自发过程可用焓变来解释的是(　　) A．固体硝酸铵溶于水 B．2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.7 kJ/mol C．(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)　ΔH＝＋74.9 kJ/mol D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ/mol 解析：选D。焓变能够说明放热过程为自发过程，而A、B、C三项均为吸热过程，显然不能用焓变来解释，只有D项可以用焓变来解释。 2．(2026·茂名高二月考)下列对熵的理解错误的是(　　) A．同一物质的熵值：S(g)>S(l)>S(s) B．熵增的反应不一定能自发进行 C．反应体系的熵增较大，反应速率也可能较慢 D．工业合成氨为熵减的反应，不能自发进行 解析：选D。同一物质的熵值：气态＞液态＞固态，A正确；根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时反应自发进行可知，熵增的反应，若ΔH很大，温度较低，也可能是非自发反应，B正确；熵变是反应体系中反应前后熵的变化量，与反应速率没有关系，故反应体系的熵增较大，反应速率也可能较慢，C正确；工业合成氨为熵减的放热反应，低温下能自发进行，D错误。 3．以下过程均为自发反应或自发过程： ①甲烷燃烧：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－802.31 kJ·mol-1 ②氢气与氧气反应：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol-1 ③钠与水反应：2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)　ΔH＝－368.0 kJ·mol-1 ④氯化铵和氢氧化钙的反应 ⑤冰融化要吸热 ⑥两种或两种以上互不反应的气体通入一密闭容器中，最终会混合均匀 ⑦2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔS＝＋57.2 J·mol-1·K-1 ⑧NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)　ΔS＝＋184.0 J·mol-1·K-1 (1)对于自发反应①②③，从能量角度分析它们为什么可以自发？ (2)对于自发过程④⑤⑥，是什么因素决定它们能自发进行？ (3)观察⑦⑧两个化学反应，为什么它们的ΔS>0? 答案：(1)①②③这三个化学反应都是放热反应，ΔH<0。 (2)熵变决定了它们能自发进行。熵是用来描述体系无序程度的物理量，熵变是用来描述无序程度变化的物理量，④⑤⑥的体系都是由有序转变为无序，ΔS>0。 (3)它们均产生气体，体系的无序程度增大。 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 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，化学反应的方向可以用反应的焓变和熵变来综合判断，判据为ΔH－TΔS。有如下关系： ΔH－TΔS<0，反应正向能自发进行； ΔH－TΔS＝0，反应达到平衡状态； ΔH－TΔS>0，反应正向不能自发进行。 2．文字描述 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS<0的方向进行，即朝着吉布斯自由能减小的方向进行，直至达到平衡状态。 3．反应方向判据的相关规律图示 (1)ΔH<0，ΔS<0的反应在温度低时不能正向自发进行(　　) (2)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行(　　) (3)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可正向自发进行，则该反应的ΔH<0(　　) (4)反应SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备，该反应的ΔH>0、ΔS<0(　　) (5)反应4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)常温下可自发进行，该反应为吸热反应(　　) (6)反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)的ΔH<0、ΔS>0(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)× 1．(2026·三亚高二月考)下列说法正确的是(　　) A．若2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 C．自发进行的反应一定能快速进行 D．温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向 解析：选D。该反应ΔS<0，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0时反应自发进行和该反应在常温下能自发进行可知，该反应的ΔH＜0，A错误；反应是否自发进行由反应的焓变、熵变、温度共同决定，非自发过程，改变温度可能变为自发过程，B错误；反应的自发性与速率快慢无关，C错误；判断反应是否能自发进行的依据为ΔG＝ΔH－TΔS，说明温度、压强一定时，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向，D正确。 2．(2026·银川高二期末)下列说法不正确的是(　　) A．墨汁加到清水中使整杯水变黑属于自发过程 B．自发反应的焓一定增大，非自发反应的焓一定减小 C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)⥫⥬2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0 解析：选B。墨汁扩散到水中是熵增过程，符合自发过程的定义，A正确；自发反应的焓不一定增大，非自发反应的焓不一定减小，该说法过于绝对，B错误；反应C(s) ＋ CO2(g)⥫⥬2CO(g)的ΔS>0(气体分子数增加)，常温下不能自发，说明ΔH－TΔS>0，故ΔH>0，C正确；反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)的ΔS<0(气体被消耗)，能自发，说明ΔH－TΔS<0，故ΔH<0，D正确。 3．已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个反应：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。请回答如下问题： (1)反应②________(填“高温”或“低温”)自发。 (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，你认为下面四个温度中最合适的是________(填字母)。 A．905.2 K　　　　 B．927 K C．1 273 K D．2 000 K 解析：(1)ΔH－TΔS＜0时反应能自发进行，由于反应②的ΔH>0、ΔS>0，所以该反应自发进行所需要的温度条件为T>＝≈1 709.4 K。所以反应②在高温下才能自发进行。 (2)反应①在常温下，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，即甲烷裂解为炭黑的最低温度为927.8 K。甲烷裂解为乙炔时，ΔH－TΔS＝376.426 kJ·mol-1－220.211×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>1 709.4 K，即温度高于1 709.4 K时甲烷自发裂解为乙炔。所以要制取炭黑，温度应控制为927.8 K<T<1 709.4 K。 (4)为了提高甲烷的炭化程度，应满足两方面要求：①温度应控制在927.8～1 709.4 K；②温度越高，ΔH－TΔS越小，越有利于自发进行，所以1 273 K最合适。 答案：(1)高温　(2)不能　(3)927.8 K<T<1 709.4 K　(4)C 　 (1)在利用ΔH－TΔS作为判据判断反应进行的方向时，给出ΔH的单位通常为kJ·mol-1，ΔS的单位通常是J·mol-1·K-1，进行计算时应将二者的单位统一。 (2)ΔH－TΔS<0，只能说明反应有发生的可能性，但它并不能说明在该条件下可能正向自发进行的反应能否实际发生，这是因为反应能否实际发生还涉及反应速率问题。 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．所有自发过程都将导致体系的熵值增大 解析：选C。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；自发过程体系熵值不一定增大，D项错误。 2．下列说法正确的是(　　) A．自发进行的反应不需要任何条件就可以发生反应 B．能够自发进行的反应一定是熵增的反应 C．ΔH<0的反应均是自发进行的反应 D．ΔH>0、ΔS<0的反应在任何温度下都不能自发进行 解析：选D。可燃物的燃烧属于自发反应，需要点燃才能发生，则自发进行的反应也需要条件才能发生，A错误；ΔS<0、ΔH<0，低温下ΔH－TΔS<0，反应也能自发进行，所以自发进行的反应也可以是熵减的反应，B错误；ΔH<0、ΔS<0的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0，只有在低温下才能自发进行，高温条件下非自发进行，C错误；ΔH>0、ΔS<0的反应在任何温度下，ΔH－TΔS<0均不成立，反应一定不能自发进行，D正确。 3．(2026·济南高二月考)下列反应低温有利于自发进行的是(　　) A．2KClO3(s)===2KCl(s)＋3O2(g)　ΔH<0 B．2CO(g)===2C(s，石墨)＋O2(g)　ΔH>0 C.4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)　ΔH<0 D．CaCO3(s)===CaO(g)＋CO2(g)　ΔH>0 解析：选C。该反应的ΔS>0，ΔH<0，所以ΔG＝ΔH－TΔS<0，在任何温度下都能自发进行，故A不符合题意；该反应的ΔS<0，ΔH>0，所以ΔG＝ΔH－TΔS>0，在任何温度下都不能自发进行，故B不符合题意；该反应的ΔS<0，ΔH<0，所以低温条件下能使ΔG＝ΔH－TΔS<0，在低温下能自发进行，故C符合题意；该反应的ΔS>0，ΔH>0，所以高温条件下能使ΔG＝ΔH－TΔS<0，在高温下能自发进行，故D不符合题意。 4．某化学反应A(s)===D(g)＋E(g)　ΔG＝ΔH－TΔS＝(－4 500＋11T) kJ· mol-1(其中T为热力学温度，单位为K)，要防止反应发生，温度必须(　　) A．高于409 K B．低于136 K C．高于136 K而低于409 K D．低于409 K 解析：选A。要防止反应发生，即ΔH－TΔS＞0，则－4 500＋11T＞0，解得T＞409。 5．回答下列问题： (1)汽车燃油不完全燃烧时产生CO，有人设想按下列反应除去CO：2CO(g)===2C(s)＋O2(g)。已知该反应的ΔH>0，判断该设想反应能否实现并简述依据：______________________________________ ____________________________________________________ ____________________________________________________。 (2)25 ℃和1.01×105 Pa时，反应：2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋56.76 kJ·mol-1能自发进行的原因是______________________ _______________________________________________________ ___________________________。 (3)将水蒸气通过红热的木炭即产生水煤气，其反应原理为C(s)＋H2O(g)===H2(g)＋CO(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol-1，ΔS＝＋133.7 J·mol-1·K-1。该反应在低温下________(填“能”或“不能”)自发进行。 解析：(1)该反应ΔH>0、ΔS<0，根据ΔH－TΔS>0可知，该反应不能实现。(2)该反应在常温下能自发进行，说明ΔH－TΔS<0，而该反应的ΔH>0、ΔS>0，说明ΔS对反应方向起决定作用。(3)ΔH－TΔS<0为自发反应，反应ΔH＝＋131.3 kJ·mol-1，ΔS＝＋133.7 J·mol-1·K-1＝0.133 7 kJ·mol-1·K-1，T>≈982.0 K时该反应能自发进行，由此可知该反应在低温下不能自发进行。 答案：(1)不能实现；该反应是ΔH>0、ΔS<0的反应，ΔH－TΔS恒大于0，任何温度下均不能自发进行 (2)该反应是熵增反应，且常温下熵变ΔS对反应的方向起决定作用　(3)不能 学科网（北京）股份有限公司 $