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

化学反应的方向 人教版（2019）高中化学选择性必修1《化学反应原理》第二章第三节 导学案 课时安排：1 课时 一、学习目标 1. 了解自发过程和化学反应的自发性，能举出常见的自发过程实例。 2. 理解焓判据和熵判据的含义，能根据 ΔH 和 ΔS 判断反应进行的方向。 3. 理解吉布斯自由能复合判据 ΔG = ΔH − TΔS，能判断不同温度下反应的自发性。 4. 通过归纳与推理，发展“证据推理与模型认知”等化学学科核心素养。 二、重难点 重点：焓判据、熵判据；ΔG = ΔH − TΔS 复合判据。 难点：焓变与熵变对反应方向的共同影响；温度对自发性的影响。 三、课前知识回顾 1. 放热反应中，反应物的总能量________（填“高于”或“低于”）生成物的总能量，ΔH________0。 2. 常见的放热反应有：燃烧反应、中和反应、活泼金属与酸的反应、大多数________反应；常见的吸热反应有：大多数分解反应、C 与 CO2 的反应、Ba(OH)2·8H2O 与 NH4Cl 的反应。 3. 夏天冰块在室温下会自动融化，水会自动从高处流向低处，这些过程都不需要________就能自动进行。 四、课前自主学习 活动一：认识自发过程 1. 自发过程：在一定条件下，不需要借助________就能自动进行的过程。其特点是具有方向性，即过程的逆过程不能自动发生。 2. 常见的自发过程：水从高处流向低处；热量从高温物体传向低温物体；红墨水在水中扩散；铁器在潮湿空气中生锈；室温下冰自动融化等。 3. 非自发过程：必须借助________才能进行的过程。例如，水不能自动从低处流向高处；室温下水不能自动分解为 H2 和 O2。 4. 注意：自发反应只是指反应有发生的________，并不等于反应一定能实际发生（反应速率可能很慢）；非自发反应并不是绝对不能发生，而是需要外界条件（如通电、加热）。 活动二：焓判据 1. 许多自发反应是放热反应，如铁生锈、中和反应、燃烧反应等。 2. 焓判据：放热反应（ΔH________0）过程中体系能量降低，倾向于自发进行。 3. 但有些吸热反应也能自发进行，如室温下 Ba(OH)2·8H2O 与 NH4Cl 晶体混合后自动反应并吸热。说明焓判据________（填“能”或“不能”）单独作为判断反应方向的依据。 活动三：熵与熵变 1. 熵（符号 S）是描述体系________程度的物理量。体系越混乱，熵值越________。 2. 熵变 ΔS = S(生成物总熵) − S(反应物总熵)。 3. 常见熵值大小规律： （1）同一物质：S(气态)________S(液态)________S(固态)； （2）两种不同气体混合，熵________； （3）反应后气体分子数增多的反应，ΔS________0。 活动四：熵判据 1. 熵判据：体系有自发地向________（ΔS > 0）方向转变的倾向。 2. 例如：CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 是吸热反应（ΔH > 0），但由于生成气体使体系熵显著增大（ΔS > 0），在高温下能自发进行。 3. 但有些熵减的反应也能自发进行，如铁生锈（气体参与反应，气体分子数减少，ΔS < 0）。说明熵判据也不能单独作为判断依据。 活动五：复合判据（吉布斯自由能） 图1 ΔG = ΔH − TΔS 判断反应自发性 1. 吉布斯自由能变化：ΔG = ΔH − TΔS（T 为热力学温度，单位 K）。 2. 判断依据： （1）ΔG________0：反应能自发进行； （2）ΔG________0：反应处于平衡状态； （3）ΔG________0：反应不能自发进行。 活动六：温度对反应方向的影响 根据 ΔG = ΔH − TΔS，温度 T 对反应方向有重要影响： ΔH ΔS ΔG = ΔH − TΔS 自发性 ΔH < 0（放热） ΔS > 0（熵增） 任何温度下 ΔG < 0 任何温度下都自发 ΔH > 0（吸热） ΔS < 0（熵减） 任何温度下 ΔG > 0 任何温度下都不自发 ΔH < 0（放热） ΔS < 0（熵减） 低温 ΔG < 0，高温 ΔG > 0 低温自发，高温不自发 ΔH > 0（吸热） ΔS > 0（熵增） 高温 ΔG < 0，低温 ΔG > 0 高温自发，低温不自发 五、合作探究 探究一：判断下列过程的自发性 （1）常温常压下，水自动分解为 H2 和 O2：________（填“自发”或“非自发”）； （2）铁器在潮湿空气中生锈：________； （3）墨水在清水中扩散：________； （4）室温下冰块自动融化：________。 探究二：判断反应方向 已知反应 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)，ΔH = +178.2 kJ/mol，ΔS = +169.6 J/(mol·K)。 （1）该反应在室温（298 K）下能否自发？通过计算说明。 （2）高温（如 1200 K）下呢？ 提示：ΔG = ΔH − TΔS；169.6 J = 0.1696 kJ。 六、课堂小结 1. 自发过程是在一定条件下不需要借助________就能自动进行的过程。 2. 焓判据：________（填“放热”或“吸热”）反应有利于自发；熵判据：________（填“熵增”或“熵减”）有利于自发。 3. 复合判据：ΔG = ________；当 ΔG________0 时反应自发进行。 七、当堂检测 题目 1（单选）：下列过程属于非自发过程的是（　） A. 水往低处流 B. 红墨水在水中扩散 C. 铁器在潮湿空气中生锈 D. 常温常压下水自动分解为 H2 和 O2 答案：D 解析：水分解为 H2 和 O2 是吸热、熵增反应，常温下 ΔG > 0，不能自发进行；A、B、C 都是常见自发过程。 题目 2（多选）：下列反应中，ΔS > 0 的是（　） A. 2H2(g) + O2(g) = 2H2O(l) B. NH4HCO3(s) = NH3(g) + H2O(g) + CO2(g) C. 2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g) D. CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 答案：B、D 解析：B、D 都有气体生成且气体分子数增多，ΔS > 0；A、C 气体分子数减少，ΔS < 0。 题目 3（单选）：已知某反应 ΔH < 0、ΔS < 0，下列说法正确的是（　） A. 任何温度下都能自发进行 B. 任何温度下都不能自发进行 C. 低温下能自发进行 D. 达到平衡状态时 ΔG > 0 答案：C 解析：ΔH < 0、ΔS < 0 时，低温下 |TΔS| 小，ΔG < 0，反应自发；高温下 TΔS 项占主导，ΔG > 0。平衡状态 ΔG = 0（D 错）。 题目 4（单选）：下列说法正确的是（　） A. 放热反应一定能自发进行 B. 熵增的反应一定能自发进行 C. 自发反应一定是放热的 D. 判断反应能否自发进行，要综合考虑焓变和熵变 答案：D 解析：焓判据和熵判据都不能单独作为判断依据；只有综合考虑 ΔH 和 ΔS（即 ΔG），才能准确判断反应方向。 题目 5（多选）：下列反应中 ΔS < 0 的是（　） A. 2H2O2(aq) = 2H2O(l) + O2(g) B. N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) C. C(s) + O2(g) = CO2(g) D. 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Fe(OH)3(s) 答案：B、D 解析：B 中气体分子数由 4 减为 2；D 中消耗气体并生成固体，熵都减小；A 有气体生成；C 气体分子数不变，ΔS ≈ 0。 参考答案（填空题与选择题） 一、课前知识回顾 1. 高于；< 2. 化合 3. 外界帮助（外力） 二、活动一：认识自发过程 1. 外力（外界帮助） 3. 外界条件 4. 倾向（可能性） 三、活动二：焓判据 2. < 3. 不能 四、活动三：熵与熵变 1. 混乱；大 3.（1）>；>　（2）增大　（3）> 五、活动四：熵判据 1. 熵增（ΔS > 0） 六、活动五：复合判据（图1 后填空） 2.（1）<　（2）=　（3）> 七、合作探究 探究一：（1）非自发　（2）自发　（3）自发　（4）自发 探究二：（1）室温下 ΔG = 178.2 − 298×0.1696 ≈ 127.7 kJ/mol > 0，不能自发；（2）1200 K 时 ΔG = 178.2 − 1200×0.1696 ≈ −25.3 kJ/mol < 0，能自发。 八、课堂小结 1. 外力 2. 放热；熵增 3. ΔH − TΔS；< 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $