高中化学人教版第二章　第三节　化学反应的方向

第三节化学反应的方向[核心素养发展目标]1.知道化学反应是有方向的，通过宏观事实推理、建构化学反应的方向与反应的焓变和熵变的关系的认知模型。2.能结合具体事例说明反应自发进行的方向性。一、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。例如高山流水、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，称为自发反应。例如钢铁生锈。(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”。例如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。例如通电将水分解为H2和O2。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。2.已知：①2H2+O22H2O；②2H2O2H2↑+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？提示(1)自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。(2)非自发反应在一定条件下能发生。二、化学反应进行方向的判据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，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=+109.8kJ·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。分析下列反应进行的方向与ΔH之间的关系。(1)H2(g)+12O2(g)=H2O(l)，燃烧反应是(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，ΔH0，常温下(填“能”或“不能”，下同)自发进行。

(3)Ba(OH)2·8H2O和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，ΔH0，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(1)熵、熵变的概念(2)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。(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。(1)反应CaCO3(s)+2HCl(aq)=CaCl2(aq)+H2O(l)+CO2(g)的ΔS(填“>”“<”或“=”，下同)0，常温下(填“能”或“不能”，下同)自发进行。

答案>能(2)2KClO3(s)=2KCl(s)+3O2(g)，该反应的ΔS0，能自发进行。

答案>(3)自发反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)的ΔS0。

答案<(4)二氧化碳通入澄清石灰水的反应Ca(OH)2(aq)+CO2(g)=CaCO3(s)+H2O(l)自发进行，其ΔS0。

答案能<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。(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。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ΔHΔSΔG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(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=+185.57kJ·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)√1.下列叙述不正确的是()A.混乱度减小的吸热反应一定不能自发进行B.在温度、压强一定条件下，自发反应总是向ΔH-TΔS<0的方向进行C.碳酸氢钠加热可以分解，因为升高温度利于熵增的方向自发进行D.水结冰的过程不能自发进行的原因是熵减的过程，改变条件也不可能自发进行答案D解析混乱度减小的吸热反应是ΔS<0、ΔH>0的反应，该反应的ΔH-TΔS>0，一定不能自发进行，故A正确；自发反应有向ΔH-TΔS<0的方向进行的趋势，故B正确；碳酸氢钠加热可以分解，即升高温度反应能自发进行，由于该反应生成的气体增多，ΔS>0，所以升高温度利于熵增的方向自发进行，故C正确；水结冰的过程是熵减的放热过程，通常情况下不能自发进行，但降温时该过程能自发进行，故D错误。2.已知在100kPa、298.15K时，石灰石发生分解反应：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.3kJ·mol-1ΔS=+160.4J·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)1111.6K解析(1)ΔG=ΔH-TΔS=+178.3kJ·mol-1-298.15K×160.4×10-3kJ·mol-1·K-1≈130.5kJ·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>ΔHΔS≈1111.63.在化学反应A(g)+B(g)2C(g)+D(g)ΔH=QkJ·mol-1过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。(1)Q(填“>”“<”或“=”，下同)0。

(2)熵变ΔS0。

(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。

答案(1)<(2)>(3)能(4)减小逆反应解析据图像可知，该反应是放热反应，故Q<0；据反应特点可知，该反应是熵增的反应；据ΔG=ΔH-TΔS<0可知该反应能自发进行；升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。课时对点练[分值：100分][1~10题，每小题6分]题组一自发过程和自发反应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。2.(2024·陕西榆林高二检测)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。题组二反应焓变与反应方向3.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。4.(2025·天津高二期末)下列自发反应可用焓判据来解释的是()A.2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)ΔH=+56.7kJ·mol-1B.(NH4)2CO3(s)=NH4HCO3(s)+NH3(g)ΔH=+74.9kJ·mol-1C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ·mol-1D.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.2kJ·mol-1答案C解析从焓变的角度分析，化学反应由高能状态向低能状态转化，有使体系能量降低的趋势，表现为放热反应较易进行。题组三反应熵变与反应方向5.下列对熵的理解错误的是()A.同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小B.体系越有序，熵值越小；越混乱，熵值越大C.与外界隔离的体系，自发过程将导致体系的熵减小D.25℃、1.01×105Pa时，2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)是熵增反应答案C解析C项，体系都有从有序自发转变为无序的倾向，此过程为熵增过程，错误。6.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。题组四自由能与反应进行方向的判断7.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。8.(2024·湖北华中师范大学第一附属中学月考)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。9.(2024·山东泰安一中月考)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<0B.反应2Mg(s)+CO2(g)C(s)+2MgO(s)能正向自发进行，则该反应的ΔH<0C.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>0D.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。10.下列内容与原因或结论不对应的是()选项内容原因或结论AH2O(g)变成H2O(l)该过程ΔS>0B硝酸铵溶于水可自发进行因为ΔS>0C一个反应的ΔH>0、ΔS<0该反应不能自发进行DH2(g)+F2(g)2HF(g)的ΔH=-271kJ·mol-1、ΔS=+8J·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=-271kJ·mol-1，ΔS=+8J·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。[11~14题，每小题8分]11.(2024·江西浮梁县第一中学高二期中)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。下列叙述错误的是()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。12.灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。现把白锡制成的器皿放在0℃、100kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用(已知：在0℃、100kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2180.9J·mol-1，ΔS=-6.61J·mol-1·K-1)()A.会变成灰锡B.不会变成灰锡C.不能确定D.升高温度才会变成灰锡答案A解析在0℃、100kPa条件下，白锡会不会变为灰锡的问题即为求算反应：白锡→灰锡的ΔH-TΔS值的问题。ΔH-TΔS=-2180.9J·mol-1-273K×(-6.61J·mol-1·K-1)=-376.37J·mol-1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。13.(2024·黑龙江大庆实验中学期中)氮化硼(BN)是重要的无机材料，可通过下面两个反应制得：反应Ⅰ：2B(s)+N2(g)=2BN(s)反应Ⅱ：B2O3(s)+2NH3(g)=2BN(s)+3H2O(g)已知反应Ⅰ常温下能自发进行，反应Ⅱ常温下不能自发进行。下列说法错误的是()A.常温下反应Ⅰ的ΔG<0，但无法判断化学反应速率快慢B.反应Ⅰ的ΔS<0，ΔH<0C.性能优良的催化剂可使反应Ⅱ在常温下自发进行D.反应Ⅱ中有极性键的断裂与生成答案C解析常温下反应Ⅰ的ΔG<0，说明反应可以自发进行，但不能判断化学反应速率的快慢，A正确；2B(s)+N2(g)=2BN(s)是熵减的反应，ΔS<0，该反应常温下能自发进行，则ΔH<0，B正确；反应Ⅱ在常温下不能自发进行，催化剂不能使不能自发进行的反应变为能自发进行的反应，C错误；反应Ⅱ中有N—H的断裂及O—H的生成，故反应Ⅱ中有极性键的断裂与生成，D正确。14.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s)+O2(g)=2CO(g)；反应②：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)，反应①、②的反应趋势与温度关系如图所示(假设ΔH、ΔS不随温度变化)。下列说法错误的是()A.反应②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)的ΔS<0，ΔH<0B.983K是两个反应主次趋势变化的转折点C.L1对应反应①D.当温度低于983K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主答案C解析根据化学方程式可知，反应②的ΔS<0，则-TΔS>0，根据273K时，ΔG=ΔH-TΔS<0，所以ΔH<0，A正确；ΔG越小，说明反