2.3 化学反应的方向 讲义 -2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章　化学反应速率与化学平衡 第三节　化学反应的方向 学生版（课后核对·独立作答） 一、核心素养目标 1．宏观辨识与微观探析 ●　通过高山流水、铁器生锈等宏观事实，认识化学反应具有方向性，体会宏观现象与反应方向的联系； ●　能从体系能量变化（焓变）与混乱度变化（熵变）的微观本质理解反应自发进行的原因。 2．变化观念与平衡思想 ●　知道反应方向取决于焓变、熵变与温度的综合作用，建立“自发过程与反应条件相关”的变化观念； ●　能用 ΔG＝ΔH－TΔS 判断给定温度下反应能否自发进行，理解反应方向与平衡状态的辩证关系。 3．证据推理与模型认知 ●　建构“焓判据—熵判据—自由能判据”的认知模型，由反应类型、气体分子数变化等证据推断反应的自发性； ●　能根据能量图像、ΔH 与 ΔS 的符号组合判断反应自发进行的温度条件。 4．科学探究与创新意识 ●　通过 NH₄HCO₃ 分解、石灰石分解等实例的对比分析，经历“提出判据—检验局限—修正完善”的探究过程； ●　能用自由能判据定量计算反应自发进行的最低（或最高）温度，体会科学方法的严谨性。 5．科学态度与社会责任 ●　结合氢能源、电解水等实例认识自发反应与非自发反应在生产生活中的应用价值； ●　在分析反应方向的过程中养成尊重事实、全面考虑影响因素的严谨科学态度。 二、教学重点与难点 教学重点 焓判据、熵判据与自由能判据（ΔG＝ΔH－TΔS）判断化学反应进行方向的方法。 教学难点 从焓变、熵变两个维度综合判断反应的自发性；温度对反应方向的决定作用；由 ΔH、ΔS 的符号组合推断反应自发进行的温度条件。 三、知识讲解与典例探究 知识点一　自发过程与自发反应 方法梳理 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，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，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”，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，如通电将水分解为 H₂ 和 O₂。 【例 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 【例 2】已知：①2H₂＋O₂===2H₂O；②2H₂O===2H₂↑＋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？ 知识点二　化学反应进行方向的判据 1．焓变与化学反应的方向（焓判据） 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。 【例 3】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），该反应是______（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 与 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。 2．熵变与化学反应的方向（熵判据） （1）熵、熵变的概念：熵是度量体系混乱程度（或无序程度）的物理量，符号为 S；熵变是反应前后体系熵的变化，符号为 ΔS。（2）熵值大小：①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。 【例 4】判断下列反应的熵变与自发性。 （1）CaCO₃(s)＋2HCl(aq)===CaCl₂(aq)＋H₂O(l)＋CO₂(g)　ΔS______（填“＞”“＜”或“＝”，下同）0，常温下______（填“能”或“不能”，下同）自发进行。 （2）2KClO₃(s)===2KCl(s)＋3O₂(g)，该反应的 ΔS______0，能自发进行。 （3）4Fe(OH)₂(s)＋O₂(g)＋2H₂O(l)===4Fe(OH)₃(s)　ΔS______0。 （4）CO₂(g)＋Ca(OH)₂(aq)===CaCO₃(s)＋H₂O(l)______自发进行，其 ΔS______0。 3．自由能与化学反应的方向（自由能判据） （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。当 ΔG＜0 时，反应能自发进行；当 ΔG＝0 时，反应处于平衡状态；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 正负决定于温度 高温能自发 【例 5】判断下列说法是否正确（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （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。（　　） 【例 6】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______。 【例 7】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 1 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。 图1　A(g)＋B(g)⇌2C(g)＋D(g)（ΔH＝Q）的能量变化示意 四、课堂练习　限时 10 分钟，检验当堂学习效果 【练习 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 【练习 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 【练习 3】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 【练习 4】（原创题）已知反应 2C(s)＋O₂(g)===2CO(g)　ΔH＜0、ΔS＞0；反应 N₂(g)＋O₂(g)===2NO(g)　ΔH＞0、ΔS＞0。下列说法正确的是（　　） A．反应 2C(s)＋O₂(g)===2CO(g) 只能在高温下自发进行 B．反应 N₂(g)＋O₂(g)===2NO(g) 在任何温度下都能自发进行 C．反应 2C(s)＋O₂(g)===2CO(g) 在低温下不能自发进行 D．两个反应能否自发进行，均可用 ΔG＝ΔH－TΔS 判断 五、课后作业　A 组·基础巩固　B 组·能力提升 A 组　基础巩固 【作业 1】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 【作业 2】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) 【作业 3】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 【作业 4】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 【作业 5】（改编题）下列反应或变化过程中 ΔS＞0 的是（　　） ① NH₄Cl(s)===NH₃(g)＋HCl(g) ② 2H₂O₂(l)===2H₂O(l)＋O₂(g) ③ C(s)＋H₂O(g)===CO(g)＋H₂(g) ④ 2SO₂(g)＋O₂(g)===2SO₃(g) A．①②③　　B．①②④　　C．①③④　　D．②③④ 【作业 6】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 B 组　能力提升 【作业 7】（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 【作业 8】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(HO₂⁻) 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 的分解率如下表： 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 Na₂O₂→H₂O₂→O₂＋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______。 【作业 9】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。图 2 为该反应的能量变化示意图（曲线 a、b 分别表示无催化剂、加入催化剂时的反应路径）。下列叙述错误的是（　　） 图2　CO(g)＋Cl₂(g)⇌COCl₂(g) 的能量变化示意 【作业 9】选项 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 【作业 10】（2025·嘉兴阶段性测试，14 分）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 c(CO)______（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 3 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。 图3　1 mol CH₃OH(g) 与 O₂(g) 反应生成 CO、CO₂ 或 HCHO 的能量变化示意 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章　化学反应速率与化学平衡 第三节　化学反应的方向　 教师版（含答案与解析） 一、核心素养目标 1．宏观辨识与微观探析 ●　通过高山流水、铁器生锈等宏观事实，认识化学反应具有方向性，体会宏观现象与反应方向的联系； ●　能从体系能量变化（焓变）与混乱度变化（熵变）的微观本质理解反应自发进行的原因。 2．变化观念与平衡思想 ●　知道反应方向取决于焓变、熵变与温度的综合作用，建立“自发过程与反应条件相关”的变化观念； ●　能用 ΔG＝ΔH－TΔS 判断给定温度下反应能否自发进行，理解反应方向与平衡状态的辩证关系。 3．证据推理与模型认知 ●　建构“焓判据—熵判据—自由能判据”的认知模型，由反应类型、气体分子数变化等证据推断反应的自发性； ●　能根据能量图像、ΔH 与 ΔS 的符号组合判断反应自发进行的温度条件。 4．科学探究与创新意识 ●　通过 NH₄HCO₃ 分解、石灰石分解等实例的对比分析，经历“提出判据—检验局限—修正完善”的探究过程； ●　能用自由能判据定量计算反应自发进行的最低（或最高）温度，体会科学方法的严谨性。 5．科学态度与社会责任 ●　结合氢能源、电解水等实例认识自发反应与非自发反应在生产生活中的应用价值； ●　在分析反应方向的过程中养成尊重事实、全面考虑影响因素的严谨科学态度。 二、教学重点与难点 教学重点 焓判据、熵判据与自由能判据（ΔG＝ΔH－TΔS）判断化学反应进行方向的方法。 教学难点 从焓变、熵变两个维度综合判断反应的自发性；温度对反应方向的决定作用；由 ΔH、ΔS 的符号组合推断反应自发进行的温度条件。 三、知识讲解与典例探究 知识点一　自发过程与自发反应 方法梳理 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，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，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”，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，如通电将水分解为 H₂ 和 O₂。 【例 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。 【例 2】已知：①2H₂＋O₂===2H₂O；②2H₂O===2H₂↑＋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？ 【答案】（1）不是　（2）不是 【解析】（1）自发反应也需要一定条件引发反应，一旦引发后即可自发进行，如 H₂ 的燃烧需要点燃。（2）非自发反应在一定条件下能发生，如水的分解在通电条件下能够发生。 知识点二　化学反应进行方向的判据 1．焓变与化学反应的方向（焓判据） 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。 【例 3】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），该反应是______（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 与 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（熵判据） （1）熵、熵变的概念：熵是度量体系混乱程度（或无序程度）的物理量，符号为 S；熵变是反应前后体系熵的变化，符号为 ΔS。（2）熵值大小：①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。 【例 4】判断下列反应的熵变与自发性。 （1）CaCO₃(s)＋2HCl(aq)===CaCl₂(aq)＋H₂O(l)＋CO₂(g)　ΔS______（填“＞”“＜”或“＝”，下同）0，常温下______（填“能”或“不能”，下同）自发进行。 （2）2KClO₃(s)===2KCl(s)＋3O₂(g)，该反应的 ΔS______0，能自发进行。 （3）4Fe(OH)₂(s)＋O₂(g)＋2H₂O(l)===4Fe(OH)₃(s)　ΔS______0。 （4）CO₂(g)＋Ca(OH)₂(aq)===CaCO₃(s)＋H₂O(l)______自发进行，其 ΔS______0。 【答案】（1）＞　能　（2）＞　（3）＜　（4）能　＜ 3．自由能与化学反应的方向（自由能判据） （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。当 ΔG＜0 时，反应能自发进行；当 ΔG＝0 时，反应处于平衡状态；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 正负决定于温度 高温能自发 【例 5】判断下列说法是否正确（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （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）√ 【例 6】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＞178.3×10³/160.4≈1 111.6 K。 【例 7】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 1 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。 图1　A(g)＋B(g)⇌2C(g)＋D(g)（ΔH＝Q）的能量变化示意 【答案】（1）＜　（2）＞　（3）能　（4）减小　逆反应 【解析】由图像可知，该反应是放热反应，故 Q＜0；该反应 1 mol 气体生成 3 mol 气体，气体分子数增大，是熵增的反应，ΔS＞0；由于 ΔH＜0、ΔS＞0，ΔG＝ΔH－TΔS＜0 恒成立，该反应能自发进行；该反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。 四、课堂练习　限时 10 分钟，检验当堂学习效果 【练习 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。 【练习 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。 【练习 3】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。 【练习 4】（原创题）已知反应 2C(s)＋O₂(g)===2CO(g)　ΔH＜0、ΔS＞0；反应 N₂(g)＋O₂(g)===2NO(g)　ΔH＞0、ΔS＞0。下列说法正确的是（　　） A．反应 2C(s)＋O₂(g)===2CO(g) 只能在高温下自发进行 B．反应 N₂(g)＋O₂(g)===2NO(g) 在任何温度下都能自发进行 C．反应 2C(s)＋O₂(g)===2CO(g) 在低温下不能自发进行 D．两个反应能否自发进行，均可用 ΔG＝ΔH－TΔS 判断 【答案】D 【解析】反应 2C(s)＋O₂(g)===2CO(g) 的 ΔH＜0、ΔS＞0，则 ΔG＝ΔH－TΔS＜0 恒成立，任何温度下都能自发进行，A、C 项错误；反应 N₂(g)＋O₂(g)===2NO(g) 的 ΔH＞0、ΔS＞0，低温时 ΔG＞0 不能自发进行，高温时 ΔG＜0 能自发进行，B 项错误；判断反应能否自发进行须综合考虑焓变与熵变，用 ΔG＝ΔH－TΔS 判断，D 项正确。 五、课后作业　A 组·基础巩固　B 组·能力提升 A 组　基础巩固 【作业 1】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。 【作业 2】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。 【作业 3】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。 【作业 4】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。 【作业 5】（改编题）下列反应或变化过程中 ΔS＞0 的是（　　） ① NH₄Cl(s)===NH₃(g)＋HCl(g) ② 2H₂O₂(l)===2H₂O(l)＋O₂(g) ③ C(s)＋H₂O(g)===CO(g)＋H₂(g) ④ 2SO₂(g)＋O₂(g)===2SO₃(g) A．①②③　　B．①②④　　C．①③④　　D．②③④ 【答案】A 【解析】①反应由固体生成气体，气体分子数增大，ΔS＞0；②反应生成气体 O₂，ΔS＞0；③反应前后气体分子数由 1 增大到 2，ΔS＞0；④反应前后气体分子数由 3 减小到 2，ΔS＜0。故 ΔS＞0 的是①②③，选 A。（本题改编自课后对点练，将单项选择改为组合选择并扩充反应实例。） 【作业 6】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。 B 组　能力提升 【作业 7】（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 时反应能够自发进行，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，石灰石分解在低温下不能自发进行，而在高温下能自发进行，故 D 错误。 【作业 8】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(HO₂⁻) 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 的分解率如下表： 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 Na₂O₂→H₂O₂→O₂＋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(HO₂⁻)，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＝ΔH₁－2ΔH₂＝−572 kJ·mol⁻¹－2×(−188 kJ·mol⁻¹)＝−196 kJ·mol⁻¹；该反应的 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）由表中数据可知，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。 【作业 9】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。图 2 为该反应的能量变化示意图（曲线 a、b 分别表示无催化剂、加入催化剂时的反应路径）。下列叙述错误的是（　　） 图2　CO(g)＋Cl₂(g)⇌COCl₂(g) 的能量变化示意 【作业 9】选项 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。 【作业 10】（2025·嘉兴阶段性测试，14 分）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 c(CO)______（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 3 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。 图3　1 mol CH₃OH(g) 与 O₂(g) 反应生成 CO、CO₂ 或 HCHO 的能量变化示意 【答案】（1）① 高温　② K＝c(H₂)·c(CO)/c(H₂O)　③ 增大　正反应方向　增大　（2）HCHO　HCHO 【解析】（1）① ΔH＞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为 K＝c(H₂)·c(CO)/c(H₂O)；该反应是吸热反应，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)，反应物浓度增大，平衡向正反应方向移动；此过程温度不变，K 不变，c(CO) 增大。（2）由题图可知，有催化剂时，生成 HCHO 的活化能减小，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。 1 学科网（北京）股份有限公司 $