2.3 化学反应的方向（4大题型，举一反三题型专练，浙江专用）化学人教版选择性必修1

第三节 化学反应的方向(题型突破·举一反三) 题型01 自发过程与自发反应 题型02 焓变与熵变 题型03 复合判据判断化学反应进行方向 题型04 反应自发进行的最低或最高温度的计算 ▌题型01 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_______就可以______________的过程。 (2)特点 ①能量角度：体系趋向于从_______状态转变为_______状态(体系对外部_______或者_______热量)。 ②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从_______自发转变为_______的倾向。 2．自发反应 (1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。 (2)自发反应的特征。 ①具有_______，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发。 ②体系趋向于从_______状态转变为_______状态。 ③体系趋向于从_______体系转变为_______体系。 【典例01】(2025·浙江浙里特色联盟高二期中)下列属于非自发过程的是( ) A．水由高处向低处流 B．蔗糖在水中溶解 C．天然气的燃烧 D．室温下水结成冰 【变式1-1】(2025·浙江温州新力量联盟高二期中)下列不属于自发进行的变化是( ) A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【变式1-2】(2024·浙江杭州高二期中)下列过程属于非自发的是( ) A．电解饱和食盐水制氯气 B．蔗糖在水中溶解 C．冬天水结成冰 D．碳酸钙高温分解 【变式1-3】(2024·浙江镇海中学高二期中)自发过程：在一定的条件下，不需要外力就可以自动进行的过程。在常温常压下，下列诗句反映的景象与自发过程不一致的一项是( ) A．云开雾散旭风暖 B．飞流直下三千尺 C．雪消门外千山绿 D．欲渡黄河冰塞川 ▌题型02 焓变与熵变 1．焓和焓变 (1)焓：与内能(体系内物质的各种能量的总和)有关的物理量。物质的焓越小，具有的能量越_______，稳定性越_______。 (1)焓变：等压条件下，进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。符号为_______。焓变的值只与反应体系的始末状态有关，而与_______无关。 3．熵和熵变 (1)熵 ①定义：衡量一个体系_______的物理量，其符号为_______。 ②特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就_______。 ③熵的比较 a.同一物质：S(高温)_______S(低温)；S(g)_______S(l)_______S(s)。 b.相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值_______。 c.S(混合物)_______S(纯净物)。 (2)熵变 ①定义：反应前后体系_______的变化，记为ΔS。 ②计算式：ΔS＝______________。 ③熵增或熵减的判断 a.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_______的过程。 b.气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS_______0，是熵_______的反应。 c.气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS_______0，是熵_______的反应。 4．△S大小快速判断规律 规律 1：看物质状态变化 ①固体→液体→气体：△S>0熵增； ②气体→液体→固体：△S<0熵减。 规律 2：看气体分子数变化(只看气体物质的量，固体液体忽略不计！) ①反应后气体分子数增多：△S>0熵增； ②反应后气体分子数减少：△S<0熵减； ③反应前后气体分子数不变：△S≈0。 规律 3：固体/液体参与的反应 ①固体分解生成固体+气体：熵增△S>0； ②多种固体生成一种固体(化合)：熵减△S<0； ③物质溶解：固体溶于水，一般熵增；气体溶于水，熵减△S<0。 规律 4：同类物质比较熵值大小 ①状态相同，分子中原子数目越多，熵值越大； ②同一物质：高温熵＞低温熵。 【典例02】(2021年6月浙江选考)相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是( ) A．1molCH4(g)＜1molH2(g) B．1molH2O(g)＜2molH2O(g) C．1molH2O(s)＞1molH2O(l) D．1molC(s，金刚石)＞1molC(s，石黑) 【变式2-1】(2026·浙江杭州高二期中)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． 【变式2-2】(2022年1月浙江选考)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An+(aq)+Bn-(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是( ) A．ΔH和ΔS均大于零 B．ΔH和ΔS均小于零 C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零 D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 【变式2-3】(2026·浙江宁波高二期中)为理解AB型离子化合物溶解过程的能量和熵的变化，可设想NaCl固体溶于水的过程分两步实现，示意图如下。下列说法正确的是( ) A．NaCl固体溶解的过程是熵减的过程 B．根据可知， C．根据各微粒的状态，可判断ΔS1＞0，ΔS2＞0 D．AB型离子化合物溶解过程，ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 ▌题型03 复合判据判断化学反应进行方向 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，利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______________的。有些吸热反应也可以______________，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。 2．熵变与化学反应的方向 (1)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。 (2)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_______的过程，有些熵减的过程也能______________。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。 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。 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______________； ②当ΔG＝0时，反应处于______________； ③当ΔG>0时，反应不能______________。 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 【典例03】(2024·浙江省6月卷，19)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下(除非特别说明，本题中反应条件均为25 ℃，101 kPa)：NaBH4(s)＋2H2O(l)＝NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH＜0。该反应能自发进行的条件是( ) A．高温 B．低温 C．任意温度 D．无法判断 【变式3-1】(2026·浙江稽阳联谊学校高三联考)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋1、2O2(g)SO3(g)  ΔH (1)已知：为物质生成焓，反应焓变ΔH=产物生成焓之和-反应物生成焓之和。相关物质的生成焓如下表所示。 物质 SO2(g) SO3(g) O2(g) -296.8 -395.7 0 该反应的ΔH=___________kJ·mol−1，该反应自发进行的条件是___________。 A．高温    B．低温    C．任意温度    D．无法判断 【变式3-2】(2026·浙江杭州十四中选考考前模拟)乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志，在温和条件下，将乙烯转化为烃类具有重要意义。 (1)在反应器中，发生如下反应： 反应i：2C2H4(g)C4H8(g)＋3H2(g) ΔH1＝-104.7kJ·mol−1 反应ii：2C2H4(g)＋H2(g)C4H10(g) ΔH2＝-230.7kJ·mol−1 计算反应C4H8(g)＋H2(g)C4H10(g)的_______，该反应_______(填标号)。 A．高温自发 B．低温自发 C．高温低温均自发 D．高温低温均不自发 【变式3-3】(2026·浙江温州育英实验学校等校选考模拟)“碳中和”是当前全球应对气候变化的重要目标，通过特定技术将二氧化碳转化成有用产品是实现该目标的关键路径之一。 (1)CO2催化加氢制CH3OH Ⅰ、CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1=-48.5kJ·mol−1 Ⅱ、CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-92.4kJ·mol−1 Ⅲ、CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3 ΔH3=______kJ·mol−1，反应Ⅱ在______(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。 ▌题型04 反应自发进行的最低或最高温度的计算 1．计算依据：△H－T△S≤0 (1)若△S＞0，则T≥，为最低温度 (2)若△S＜0，则T≤，为最高温度 2．注意单位的换算 (1)△S的单位为：J·mol－1·K－1 (2)△H的单位为：kJ·mol－1 (3)T的单位为：K 【特别提醒】计算时要注意以下两点： (1)给出的ΔH的单位通常为kJ/mol，ΔS的单位通常为J/(mol·K)，进行计算时要将二者的单位统一，即将ΔS的单位换算为kJ/(mol·K)或将ΔH的单位换算为J/mol，再代入数值进行计算。 (2)温度用绝对温度K，而不能用℃，其中T＝(273＋t) K。 【典例04】(2026·浙江绍兴高三选考模拟)已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：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，在图书馆中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。请参考上述信息，回答下列问题： (1)这两个反应在　　　(填“高温”或“低温”)下自发进行。  (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，下面四个温度中最合适的是　　　　(填字母)  A．905.2 K B．927 K C．1273 K D．2000 K 【变式4-1】(2025·浙江省绍兴会稽联盟高二期中)在298K和100kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别为： 物质 S/J/(K·mol) △H/(kJ/mol) ρ/(kg/m3) C(金刚石) 2.4 -395.40 3513 C(石墨) 5.7 -393.51 2260 此条件下，对于反应C(石墨)→C(金刚石)，下列说法正确的是 A．该反应的△H>0，△S<0 B．由公式△G=△H-T△S可知，该反应△G=985.29kJ/mol C．金刚石比石墨稳定 D．相同条件下，1mol金刚石与1mol氧气的能量总和小于1molCO2气体的能量 【变式4-2】(2026·浙江第二届NBchem高考模拟考试第二次联考)过氧化氢的合成是具有挑战的研究领域。 (1)在室温下H2和O2参与的反应如下： 反应1：     反应2：     从热力学角度看，直接合成过氧化氢是______(填“自发”“非自发”)的，判断热力学上，正向进行的趋势更大的反应是______(填“反应1”“反应2”)。 【变式4-3】(2024·浙江6月卷，19)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为25℃，101kPa) NaBH4(s)＋2H2O(l)= NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH＜0 (1)该反应能自发进行的条件是_______。 A．高温 B．低温 C．任意温度 D．无法判断 (5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式，可以设计能自发进行的多种制备方法，将反应副产物偏硼酸钠(NaBO2)再生为NaBH4。(已知：ΔG是反应的自由能变化量，其计算方法也遵循盖斯定律，可类比ΔH计算方法；当ΔG＜0时，反应能自发进行。) I． II． III． 请书写一个方程式表示NaBO2再生为NaBH4的一种制备方法，并注明ΔG 。(要求：反应物不超过三种物质；氢原子利用率为100%。) 第 1 页 共 7 页 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第三节 化学反应的方向(题型突破·举一反三) 题型01 自发过程与自发反应 题型02 焓变与熵变 题型03 复合判据判断化学反应进行方向 题型04 反应自发进行的最低或最高温度的计算 ▌题型01 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。 (2)特点 ①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。 ②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。 2．自发反应 (1)定义：在一定温度和压强下，无需外界帮助就能自动进行的化学反应。 (2)自发反应的特征。 ①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发。 ②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。 ③体系趋向于从有序体系转变为无序体系。 【典例01】(2025·浙江浙里特色联盟高二期中)下列属于非自发过程的是( ) A．水由高处向低处流 B．蔗糖在水中溶解 C．天然气的燃烧 D．室温下水结成冰 【答案】D 【解析】A项，水由高处向低处流，是自发进行的过程，故A不选；B项，蔗糖在水中溶解常温下可自发进行，故B不选；C项，常温下天然气燃烧生成二氧化碳和水，反应放热ΔH＜0，△S＜0，ΔH-T△S＜0，属于自发进行的过程，故C不选；D项，室温下水结成冰是温度降低作用下的变化，不是自发进行的反应，故D选；故选D。 【变式1-1】(2025·浙江温州新力量联盟高二期中)下列不属于自发进行的变化是( ) A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【答案】C 【解析】A项，扩散现象，是熵增加的自发过程，A不符合题意；B项，冰的熔点为0℃，水常温是液体，冰在室温下融化成水，是熵增加的自发过程，B不符合题意；C项，电解饱和食盐水，是在外电场的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发过程，C符合题意；D项，铁在潮湿的空气中生锈是发生了自发的氧化还原反应，属于电化学腐蚀，是自发进行的化学过程，D不符合题意；故选C。 【变式1-2】(2024·浙江杭州高二期中)下列过程属于非自发的是( ) A．电解饱和食盐水制氯气 B．蔗糖在水中溶解 C．冬天水结成冰 D．碳酸钙高温分解 【答案】A 【解析】A项，饱和食盐水电解制取氯气时需要外加电源，该过程需要外力，所以属于非自发过程，A符合题意；B项，蔗糖在水中溶解不需要外力作用就可以发生，因此属于自发过程，B不符合题意；C项，冬天水结成冰不需要外力作用就可以发生，因此属于自发过程，C不符合题意；D项，在高温条件下碳酸钙发生分解反应，不再需要外力就可以发生，因此该高温条件下的分解过程为自发过程，D符合题意；故合理选项是A。 【变式1-3】(2024·浙江镇海中学高二期中)自发过程：在一定的条件下，不需要外力就可以自动进行的过程。在常温常压下，下列诗句反映的景象与自发过程不一致的一项是( ) A．云开雾散旭风暖 B．飞流直下三千尺 C．雪消门外千山绿 D．欲渡黄河冰塞川 【答案】D 【解析】A项，云散开后太阳光照射可使雾蒸发，不需要外力作用，是自发过程，A不选；B项，水从势能高的向低的流下，不需要外力，是自发过程，B不选；C项，春天到了温度升高，雪融化，是自发过程，C不选；D项，想渡过被冰覆盖的黄河，需要借助外力，不是自发过程，D选；故选：D。 ▌题型02 焓变与熵变 1．焓和焓变 (1)焓：与内能(体系内物质的各种能量的总和)有关的物理量。物质的焓越小，具有的能量越低，稳定性越强。 (1)焓变：等压条件下，进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。符号为ΔH。焓变的值只与反应体系的始末状态有关，而与过程无关。 3．熵和熵变 (1)熵 ①定义：衡量一个体系混乱度的物理量，其符号为S。 ②特点：混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大。 ③熵的比较 a.同一物质：S(高温)>S(低温)；S(g)>S(l)>S(s)。 b.相同条件下的不同物质：分子结构越复杂，熵值越大。 c.S(混合物)>S(纯净物)。 (2)熵变 ①定义：反应前后体系熵值的变化，记为ΔS。 ②计算式：ΔS＝S(生成物)－S(反应物)。 ③熵增或熵减的判断 a.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，是熵增加的过程。 b.气体体积增大的反应，熵变通常都是ΔS>0，是熵增加的反应。 c.气体体积减小的反应，熵变通常都是ΔS<0，是熵减小的反应。 4．△S大小快速判断规律 规律 1：看物质状态变化 ①固体→液体→气体：△S>0熵增； ②气体→液体→固体：△S<0熵减。 规律 2：看气体分子数变化(只看气体物质的量，固体液体忽略不计！) ①反应后气体分子数增多：△S>0熵增； ②反应后气体分子数减少：△S<0熵减； ③反应前后气体分子数不变：△S≈0。 规律 3：固体/液体参与的反应 ①固体分解生成固体+气体：熵增△S>0； ②多种固体生成一种固体(化合)：熵减△S<0； ③物质溶解：固体溶于水，一般熵增；气体溶于水，熵减△S<0。 规律 4：同类物质比较熵值大小 ①状态相同，分子中原子数目越多，熵值越大； ②同一物质：高温熵＞低温熵。 【典例02】(2021年6月浙江选考)相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是( ) A．1molCH4(g)＜1molH2(g) B．1molH2O(g)＜2molH2O(g) C．1molH2O(s)＞1molH2O(l) D．1molC(s，金刚石)＞1molC(s，石黑) 【答案】B 【解析】A项，CH4(g)和H2(g)物质的量相同，且均为气态，CH4(g)含有的原子总数多，CH4(g)的摩尔质量大，所以熵值1molCH4(g)＞1molH2(g)，A错误；B项，相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值1molH2O(g)＜2molH2O(g)，B正确；C项，等量的同物质，熵值关系为：S(g)＞S(l)＞S(s)，所以熵值1molH2O(s)＜1molH2O(l)，C错误；D项，从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低，所以熵值1molC(s，金刚石)＜1molC(s，石黑)，D错误；故选B。 【变式2-1】(2026·浙江杭州高二期中)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项，同温同压下，气体的物质的量越大，混乱度越大，熵越大，因此1molCl2(g)的熵小于2molCl2(g)的熵，A错误；B项，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2molH2O(l)的熵小于2molH2O(g)的熵，B错误；C项，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，CH4分子比C2H6结构简单，因此1molCH4(g)的熵小于1molC2H6(g)的熵，C正确；D项，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。 【变式2-2】(2022年1月浙江选考)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An+(aq)+Bn-(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是( ) A．ΔH和ΔS均大于零 B．ΔH和ΔS均小于零 C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零 D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 【答案】D 【解析】强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。熵表示系统混乱程度。体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质固体溶于水，存在熵的变化。固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS，取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系。若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS＞0，反之，熵减，即ΔS＜0。故选D。 【变式2-3】(2026·浙江宁波高二期中)为理解AB型离子化合物溶解过程的能量和熵的变化，可设想NaCl固体溶于水的过程分两步实现，示意图如下。下列说法正确的是( ) A．NaCl固体溶解的过程是熵减的过程 B．根据可知， C．根据各微粒的状态，可判断ΔS1＞0，ΔS2＞0 D．AB型离子化合物溶解过程，ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 【答案】D 【解析】NaCl溶解分两步，第一步是NaCl(s)断裂离子键变为气态Na+(g)、Cl-(g)；第二步是气态离子水合变为水合离子Na+(aq)、Cl-(aq)；总焓变ΔH3=ΔH2+ΔH1ΔH2。A项，NaCl固体溶解过程，由有序的晶体变为溶液中自由移动的离子，混乱度增大，是熵增过程，A错误；B项，第一步断裂离子键吸热，故ΔH1＞0；第二步离子水合放热，故ΔH2＜0，已知，整理得，因此，B错误；C项，第一步：固体变为气态自由离子，混乱度增大，ΔS1＞0；第二步：气态离子水合时，水分子在离子周围有序排列，混乱度减小，ΔS2＜0，C错误；D项，不同AB型离子化合物溶解时：ΔH可正可负(如硝酸铵溶解吸热ΔH＞0，NaOH溶解放热ΔH＜0)；ΔS也可正可负(多数溶解熵增，若水合作用很强的离子化合物，水合的熵减超过晶格解离的熵增，整体熵减)，因此ΔH和ΔS均可能大于零或小于零，D正确；故选D。 ▌题型03 复合判据判断化学反应进行方向 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，利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。 2．熵变与化学反应的方向 (1)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。 (2)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。 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。 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 【典例03】(2024·浙江省6月卷，19)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下(除非特别说明，本题中反应条件均为25 ℃，101 kPa)：NaBH4(s)＋2H2O(l)＝NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH＜0。该反应能自发进行的条件是( ) A．高温 B．低温 C．任意温度 D．无法判断 【答案】C 【解析】反应NaBH4(s)＋2H2O(l)＝NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH＜0，ΔS＞0，由ΔG＝ΔH－TΔS可知，任意温度下，该反应均能自发进行，故选C项。 【变式3-1】(2026·浙江稽阳联谊学校高三联考)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化：SO2(g)＋1、2O2(g)SO3(g)  ΔH (1)已知：为物质生成焓，反应焓变ΔH=产物生成焓之和-反应物生成焓之和。相关物质的生成焓如下表所示。 物质 SO2(g) SO3(g) O2(g) -296.8 -395.7 0 该反应的ΔH=___________kJ·mol−1，该反应自发进行的条件是___________。 A．高温    B．低温    C．任意温度    D．无法判断 【答案】(1) -98.9 B 【解析】(1)根据已知信息：“反应焓变ΔH=产物生成焓之和-反应物生成焓之和”可知ΔH=−395.7−(−296.8+0)=−395.7+296.8=−98.9 kJ/mol ；该反应放热，ΔH<0；又反应前后气体分子数减少，ΔS<0，由ΔG=ΔH−TΔS，低温时ΔG<0可自发。 【变式3-2】(2026·浙江杭州十四中选考考前模拟)乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志，在温和条件下，将乙烯转化为烃类具有重要意义。 (1)在反应器中，发生如下反应： 反应i：2C2H4(g)C4H8(g)＋3H2(g) ΔH1＝-104.7kJ·mol−1 反应ii：2C2H4(g)＋H2(g)C4H10(g) ΔH2＝-230.7kJ·mol−1 计算反应C4H8(g)＋H2(g)C4H10(g)的_______，该反应_______(填标号)。 A．高温自发 B．低温自发 C．高温低温均自发 D．高温低温均不自发 【答案】(1) -126 B 【解析】(1)根据盖斯定律，由反应ⅱ减去反应ⅰ可得目标反应：C4H8(g)＋H2(g)C4H10(g)，。该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔG=ΔH-TΔS，低温时ΔG＜0，反应自发，所以该反应低温自发，选B。 【变式3-3】(2026·浙江温州育英实验学校等校选考模拟)“碳中和”是当前全球应对气候变化的重要目标，通过特定技术将二氧化碳转化成有用产品是实现该目标的关键路径之一。 (1)CO2催化加氢制CH3OH Ⅰ、CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1=-48.5kJ·mol−1 Ⅱ、CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2=-92.4kJ·mol−1 Ⅲ、CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3 ΔH3=______kJ·mol−1，反应Ⅱ在______(填“高温”“低温”或“任意温度”)下能自发进行。 【答案】(1)+43.9 低温 【解析】(1)①根据反应Ⅰ-Ⅱ=Ⅲ，则；该反应气体分子数减少，ΔS＜0，由ΔG=ΔH-TΔS可知，低温时ΔG＜0，反应能自发进行。 ▌题型04 反应自发进行的最低或最高温度的计算 1．计算依据：△H－T△S≤0 (1)若△S＞0，则T≥，为最低温度 (2)若△S＜0，则T≤，为最高温度 2．注意单位的换算 (1)△S的单位为：J·mol－1·K－1 (2)△H的单位为：kJ·mol－1 (3)T的单位为：K 【特别提醒】计算时要注意以下两点： (1)给出的ΔH的单位通常为kJ/mol，ΔS的单位通常为J/(mol·K)，进行计算时要将二者的单位统一，即将ΔS的单位换算为kJ/(mol·K)或将ΔH的单位换算为J/mol，再代入数值进行计算。 (2)温度用绝对温度K，而不能用℃，其中T＝(273＋t) K。 【典例04】(2026·浙江绍兴高三选考模拟)已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生如下两个裂解反应：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，在图书馆中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。请参考上述信息，回答下列问题： (1)这两个反应在　　　(填“高温”或“低温”)下自发进行。  (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，下面四个温度中最合适的是　　　　(填字母)  A．905.2 K B．927 K C．1273 K D．2000 K 【答案】(1)高温 (2)不能 (3)927.8~1790.4 K (4)C 【解析】(1)该反应是吸热的熵增反应，在高温下自发进行。(2)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)甲烷裂解为炭黑和氢气时，ΔH-TΔS=74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×T<0，解得T>927.8 K；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>1709.4 K，即温度高于1709.4 K时自发裂解为乙炔和氢气，所以要制取炭黑，必须控制温度在927.8~1790.4 K。(4)要提高甲烷的炭化程度，应在927.8~1790.4 K的范围内尽可能提高温度。 【变式4-1】(2025·浙江省绍兴会稽联盟高二期中)在298K和100kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别为： 物质 S/J/(K·mol) △H/(kJ/mol) ρ/(kg/m3) C(金刚石) 2.4 -395.40 3513 C(石墨) 5.7 -393.51 2260 此条件下，对于反应C(石墨)→C(金刚石)，下列说法正确的是 A．该反应的△H>0，△S<0 B．由公式△G=△H-T△S可知，该反应△G=985.29kJ/mol C．金刚石比石墨稳定 D．相同条件下，1mol金刚石与1mol氧气的能量总和小于1molCO2气体的能量 【答案】A 【解析】A．在相同条件下，等物质的量的C(石墨)和C(金刚石)燃烧分别放出热量为393.51、395.40，说明C(金刚石)具有更多能量，所以C(石墨)→C(金刚石)为吸热反应，△H>0；△S= S(金刚石)- S(石墨)=-3.3 J/(K·mol)<0，故A正确；B．△G=△H-T△S=1.89 kJ/mol-298K×(-3.3×10-3 kJ/(K·mol))=2.8734kJ/mol，故B错误；C．C(金刚石)具有更多能量，能量越高物质越不稳定，所以石墨更稳定，故C错误；D．金刚石燃烧与氧气反应生成二氧化碳和水，为放热反应，说明反应物总能量大于生成物总能量，故D错误；故选A。 【变式4-2】(2026·浙江第二届NBchem高考模拟考试第二次联考)过氧化氢的合成是具有挑战的研究领域。 (1)在室温下H2和O2参与的反应如下： 反应1：     反应2：     从热力学角度看，直接合成过氧化氢是______(填“自发”“非自发”)的，判断热力学上，正向进行的趋势更大的反应是______(填“反应1”“反应2”)。 【答案】(1) 自发 反应1 【解析】(1)根据热力学判据ΔG=ΔH-TΔS，室温T=298K，对反应2计算： ΔG2=ΔH2-TΔS2=-375.6kJ·mol−1 -298K×(-0.2473kJ·mol-1·K-1 )≈-302kJ·mol−1＜0，因此直接合成过氧化氢是自发的。 对反应1计算：ΔG1=ΔH1-TΔS1=-571.6kJ·mol−1 -298K×(-0.3627kJ·mol-1·K-1 )≈-474kJ·mol−1＜ΔG2，ΔG越负，正向反应趋势越大，因此正向趋势更大的是反应1。 【变式4-3】(2024·浙江6月卷，19)氢是清洁能源，硼氢化钠(NaBH4)是一种环境友好的固体储氢材料，其水解生氢反应方程式如下：(除非特别说明，本题中反应条件均为25℃，101kPa) NaBH4(s)＋2H2O(l)= NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH＜0 (1)该反应能自发进行的条件是_______。 A．高温 B．低温 C．任意温度 D．无法判断 (5)资源的再利用和再循环有利于人类的可持续发展。选用如下方程式，可以设计能自发进行的多种制备方法，将反应副产物偏硼酸钠(NaBO2)再生为NaBH4。(已知：ΔG是反应的自由能变化量，其计算方法也遵循盖斯定律，可类比ΔH计算方法；当ΔG＜0时，反应能自发进行。) I． II． III． 请书写一个方程式表示NaBO2再生为NaBH4的一种制备方法，并注明ΔG 。(要求：反应物不超过三种物质；氢原子利用率为100%。) 【答案】(1)C (5) 【解析】(1)反应NaBH4(s)＋2H2O(l)= NaBO2(aq)＋4H2(g) ΔH＜0，ΔS＞0 ，由ΔG=ΔH-TΔS可知，任意温度下，该反应均能自发进行，故选C； (5)结合题干信息，要使得氢原子利用率为100%，可由(2×反应3)-(2×反应Ⅱ+反应Ⅰ)得，。 第 1 页 共 7 页 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $函学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 第三节 化学反应的方向题型突破举一反三) 题型01自发过程与自发反应 典例精析 【典例01】D 举一反三 【变式11】C 【变式1-2】A 【变式1-3】D 题型02焓变与熵变 典例精析 【典例02】B 举一反三 【变式2-1】C 【变式2-2】D 【变式2-3)D 题型03复合判据判断化学反应进行方向 典例精析 【典例03】C E三举一反 【变式3-1】(1)-98.9 【变式3-2】(1)-126 B 【变式33】(1)+43.9 低温 第1页共2页 函学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 题型04 反应自发进行的最低或最高温度的计算 典例精析 【典例04)(1)高温 (2)不能 (3)927.8～1790.4K 4)C 举一反三 【变式41)A 【变式42】(1)自发 反应1 【变式43】(1)C (5NaBO,()+2H,(g)+2Mg()-NaBH.(s)+2MgO()AG-340kJ/mol 第2页共2页