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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。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=+109.8 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。
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 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，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
(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孤立体系(与环境既没有物质交换也没有能量交换的)或(绝热体系与外界无热量交换)，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ΔS　　0，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ΔS　　0。
答案　<
(4)二氧化碳通入澄清石灰水发生的反应：Ca(OH)2(aq)+CO2(g)===CaCO3(s)+H2O(l)　　　　自发进行，其ΔS　　0。
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 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
(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)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)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)√
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、压强一定的条件下，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的ΔS<0、ΔH>0，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，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，降温时该过程能自发进行，故D错误。
2.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>≈1 111.6 K。
3.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。
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]
[1~9题，每小题7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，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.(2026·北京通州区期中阶段练习)下列过程是非自发的是(　　)
A.天然气的燃烧
B.室温下水可结成冰
C.樟脑丸放置于衣柜中会逐渐变小
D.氯化钾溶于水
答案　B
解析　自发过程的判断依据为ΔG=ΔH-TΔS是否小于0，据此分析。燃烧剧烈放热(ΔH<0)，产物气体增多(ΔS>0)，ΔG<0，自发，A不符合题意；室温高于水的凝固点(0 ℃)，水结冰是熵减(ΔS<0)的放热过程(ΔH<0)，在室温下ΔG>0，故为非自发过程，B符合题意；升华吸热但熵增显著(ΔS>0)，室温下ΔG<0，自发，C不符合题意；溶解过程离子分散导致熵增(ΔS>0)，ΔG<0，自发，D不符合题意。
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=+56.7 kJ·mol-1
B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)
ΔH=+74.9 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)
ΔH=+178.2 kJ·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 ℃、1.01×105 Pa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.(2026·兰州西北师范大学附属中学质检)下列说法正确的是(　　)
A.在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B.反应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
C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D.BaSO4(s)+4C(s)===BaS(s)+4CO(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
答案　B
解析　某些吸热反应也可以自发进行，故A错误；反应焓变大于0，熵变大于0，反应向熵变增大的方向进行，反应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，故B正确；反应能否自发进行需要焓变、熵变和温度共同决定，故C错误；BaSO4(s)+4C(s)===BaS(s)+4CO(g)的ΔS>0，在室温下不能自发进行，则表明反应吸热，即说明该反应的ΔH>0，故D错误。
题组四　自由能与反应进行方向的判断
7.(2025·兰州名校期中联考)某密闭容器中，在高温条件下，有利于自发进行的反应是(　　)
A.C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)　ΔH>0
B.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0
C.2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH<0
D.2C(s)+O2(g) 2CO(g)　ΔH<0
答案　A
解析　反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的ΔH>0、ΔS>0，由ΔG=ΔH-TΔS<0可知，在高温下能自发进行，A符合题意；反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0、ΔS<0，由ΔG=ΔH-TΔS<0可知，在低温下能自发进行，B不符合题意；反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH<0、ΔS<0，由ΔG=ΔH-TΔS<0可知，在低温下能自发进行，C不符合题意；反应2C(s)+O2(g) 2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0，由ΔG=ΔH-TΔS<0可知，在任何条件下都能自发进行，D不符合题意。
8.(2026·辽宁高二上期中)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常温下自发，反应Ⅱ常温下非自发。下列说法正确的是(　　)
A.常温下反应Ⅰ的ΔG<0，化学反应速率较快
B.无法判断反应Ⅱ是吸热反应还是放热反应
C.可寻找性能优良的催化剂使反应Ⅱ在常温下自发
D.若用反应Ⅱ制备时需要在密闭的耐高温容器中进行
答案　D
解析　ΔG<0仅说明反应具有自发性，不能说明反应速率的快慢，反应速率由活化能决定，与ΔG无关，A错误；反应Ⅱ为气体分子数增大的反应，ΔS>0，常温下ΔG=ΔH-TΔS>0非自发，说明ΔH>0，可判断反应Ⅱ是吸热反应，B错误；催化剂能改变反应速率，无法改变反应自发性，C错误；由B项分析知，反应Ⅱ的ΔH>0，高温可以使ΔG=ΔH-TΔS<0自发进行，故需要在密闭的耐高温容器中进行，D正确。
9.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)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，ΔH-TΔS<0，该反应在任何温度下都能自发进行，D正确。
[10~13题，每小题8分]
10.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。
11.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 ℃、100 kPa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 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1，ΔS=-6.61 J·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 ℃、100 kPa条件下，反应白锡→灰锡的ΔG=ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1-273 K×(-6.61 J·mol-1·K-1)=-376.37 J·mol-1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。
12.(2026·山东聊城期中)已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是(　　)
A.C(s)+O2(g)===CO2(g)
B.2C(s)+O2(g)===2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+CO2(g)
答案　C
解析　由图可知，600 ℃时①TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)　ΔG1，②C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔG2，根据盖斯定律，①+②可得TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+CO2(g)，由图中数据可知ΔG=ΔG1+ΔG2<0，反应能自发进行，故D不符合题意。
13.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<0
B.983 K是两个反应主次趋势变化的转折点
C.L1对应反应①
D.当温度低于983 K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273 K时，ΔG=ΔH-TΔS<0，所以ΔH<0，A正确；ΔG越小，说明反应能够发生的趋势越大，983 K时两反应的ΔG相等，之后两反应的ΔG大小关系发生变化，则反应主次趋势发生变化，B正确；反应①的ΔS>0，根据ΔG=ΔH-TΔS，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，L1对应反应②，C错误；当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主，D正确。
14.(5分)已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生两个反应：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，在图书馆查到了如下数据：
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
请帮助这位同学解答如下问题：
(1)反应②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)求算制取炭黑的允许温度范围：　　　　　　。
答案　(1)高温　(2)不能　(3)927.8~1 709.4 K
解析　(1)当ΔH-TΔS<0时，反应能自发进行，由题给数据可知，反应②自发进行时反应温度T>≈1 709.4 K，则该反应在高温下才能自发进行。(2)由题给数据可知，常温下，反应①ΔH-TΔS=+74.848 kJ·mol-1-80.674×10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K≈50.807 kJ·mol-1>0，则该反应常温下不能自发进行。(3)由题给数据可知，反应①自发进行时反应温度T>≈927.8 K，反应②自发进行时反应温度T>1 709.4 K，则利用甲烷制取炭黑温度控制在927.8~1 709.4 K内。(共54张PPT)
第二章
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。
内容索引
课时对点练
一、自发过程与自发反应
二、化学反应进行方向的判据
< 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____状态转变为_____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_____自发转变为_____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。
高能
低能
有序
无序
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。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
①②③⑤⑥⑦
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+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？
提示　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)非自发反应一定不能发生吗？
提示　非自发反应在一定条件下能发生。
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< 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_____，因此具有_____进行的倾向，科学家提出用_____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_________，如：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)　ΔH=+109.8 kJ·mol-1，故不能只根据_____或_____来判断反应的方向。只用焓判据判断反应是否自发不全面。
降低
自发
焓变
自发进行
放热
吸热
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 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，ΔH　　0，能自发进行。
放
<
放
<
能
吸
能
吸
>
2.熵变与化学反应的方向
(1)熵、熵变的概念
混乱程度
S
ΔS
(2)熵值大小
①体系的熵值：体系的_________越大，体系的熵值就_____。
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____的过程，有些熵____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孤立体系(与环境既没有物质交换也没有能量交换的)或(绝热体系与外界无热量交换)，自发过程才向着熵增的方向进行。
混乱程度
越大
>
>
增
减
(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。
(2)2KClO3(s)===2KCl(s)+3O2(g)，该反应的ΔS　　0，能自发进行。
(3)自发反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)===4Fe(OH)3(s)的ΔS　　0。
(4)二氧化碳通入澄清石灰水发生的反应：Ca(OH)2(aq)+CO2(g)===CaCO3(s)
+H2O(l)　　 自发进行，其ΔS　　0。
>
能
>
<
能
<
3.自由能与化学反应的方向
(1)自由能变化
符号为____，单位为kJ·mol-1。
(2)自由能变化与焓变、熵变的关系
ΔG=__________。ΔG不仅与焓变和熵变有关，还与_____有关。
ΔG
ΔH-TΔS
温度
(3)反应方向与自由能的关系
化学反应总是向着___________的方向进行，直到体系_________。
①当ΔG<0时，反应___________；
②当ΔG=0时，反应_____________；
③当ΔG>0时，反应_____________。
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
自由能减小
达到平衡
能自发进行
处于平衡状态
不能自发进行
(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)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)ΔH>0，ΔS<0的反应，任何温度下都不能自发进行
×
×
√
×
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、压强一定的条件下，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
√
混乱度减小的吸热反应的ΔS<0、ΔH>0，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，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，降温时该过程能自发进行，故D错误。
2.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。
不能
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)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　　　　。
1 111.6 K
根据ΔG=ΔH-TΔS<0时，反应可正向自发进行，则有T>≈1 111.6 K。
3.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。
<
>
能
减小
逆反应
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。
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< 三 >
课时对点练
题号 1 2 3 4 5 6 7 8
答案 C B C C C B A D
题号 9 10 11 12 13
答案 A B A C C
对一对
答案
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14.
(1)高温　(2)不能　(3)927.8~1 709.4 K
答案
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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
√
对点训练
答案
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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，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。
答案
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2.(2026·北京通州区期中阶段练习)下列过程是非自发的是
A.天然气的燃烧
B.室温下水可结成冰
C.樟脑丸放置于衣柜中会逐渐变小
D.氯化钾溶于水
√
答案
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自发过程的判断依据为ΔG=ΔH-TΔS是否小于0，据此分析。燃烧剧烈放热(ΔH<0)，产物气体增多(ΔS>0)，ΔG<0，自发，A不符合题意；
室温高于水的凝固点(0 ℃)，水结冰是熵减(ΔS<0)的放热过程(ΔH<0)，在室温下ΔG>0，故为非自发过程，B符合题意；
升华吸热但熵增显著(ΔS>0)，室温下ΔG<0，自发，C不符合题意；
溶解过程离子分散导致熵增(ΔS>0)，ΔG<0，自发，D不符合题意。
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
√
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。
答案
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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=+56.7 kJ·mol-1
B.(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)+NH3(g)　ΔH=+74.9 kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1
D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)　ΔH=+178.2 kJ·mol-1
√
答案
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14
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 ℃、1.01×105 Pa时，2N2O5(g)===4NO2(g)+O2(g)是熵增反应
√
答案
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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.(2026·兰州西北师范大学附属中学质检)下列说法正确的是
A.在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B.反应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
C.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独
　作为反应自发性的判据
D.BaSO4(s)+4C(s)===BaS(s)+4CO(g)在室温下不能自发进行，说明该反
　应的ΔH<0
√
答案
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某些吸热反应也可以自发进行，故A错误；
反应焓变大于0，熵变大于0，反应向熵变增大的方向进行，反应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，故B正确；
反应能否自发进行需要焓变、熵变和温度共同决定，故C错误；
BaSO4(s)+4C(s)===BaS(s)+4CO(g)的ΔS>0，在室温下不能自发进行，则表明反应吸热，即说明该反应的ΔH>0，故D错误。
题组四　自由能与反应进行方向的判断
7.(2025·兰州名校期中联考)某密闭容器中，在高温条件下，有利于自发进行的反应是
A.C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)　ΔH>0
B.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0
C.2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH<0
D.2C(s)+O2(g) 2CO(g)　ΔH<0
√
答案
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反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)的ΔH>0、ΔS>0，由ΔG=ΔH-TΔS<0可知，在高温下能自发进行，A符合题意；
反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0、ΔS<0，由ΔG=ΔH-TΔS<0可知，在低温下能自发进行，B不符合题意；
反应2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)的ΔH<0、ΔS<0，由ΔG=ΔH-TΔS<0可知，在低温下能自发进行，C不符合题意；
反应2C(s)+O2(g) 2CO(g)的ΔH<0、ΔS>0，由ΔG=ΔH-TΔS<0可知，在任何条件下都能自发进行，D不符合题意。
8.(2026·辽宁高二上期中)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常温下自发，反应Ⅱ常温下非自发。下列说法正确的是
A.常温下反应Ⅰ的ΔG<0，化学反应速率较快
B.无法判断反应Ⅱ是吸热反应还是放热反应
C.可寻找性能优良的催化剂使反应Ⅱ在常温下自发
D.若用反应Ⅱ制备时需要在密闭的耐高温容器中进行
√
答案
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ΔG<0仅说明反应具有自发性，不能说明反应速率的快慢，反应速率由活化能决定，与ΔG无关，A错误；
反应Ⅱ为气体分子数增大的反应，ΔS>0，常温下ΔG=ΔH-TΔS>0非自发，说明ΔH>0，可判断反应Ⅱ是吸热反应，B错误；
催化剂能改变反应速率，无法改变反应自发性，C错误；
由B项分析知，反应Ⅱ的ΔH>0，高温可以使ΔG=ΔH-TΔS<0自发进行，故需要在密闭的耐高温容器中进行，D正确。
9.下列内容与原因或结论不对应的是
答案
1
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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)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
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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，ΔH-TΔS<0，该反应在任何温度下都能自发进行，D正确。
10.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
√
综合强化
答案
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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。
11.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 ℃、100 kPa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 ℃、100 kPa条件下白锡转化为灰锡的反应焓变和熵变分别为ΔH=-2 180.9 J·mol-1，ΔS=-6.61 J·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
1
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14
在0 ℃、100 kPa条件下，反应白锡→灰锡的ΔG=ΔH-TΔS=-2 180.9 J·mol-1
-273 K×(-6.61 J·mol-1·K-1)=-376.37 J·mol-1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。
12.(2026·山东聊城期中)已知ΔG=ΔH-TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG<0，则该反应可以自发进行。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是
A.C(s)+O2(g)===CO2(g)
B.2C(s)+O2(g)===2CO(g)
C.TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)
D.TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+CO2(g)
√
答案
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14
由图可知，600 ℃时①TiO2(s)+2Cl2(g)===TiCl4(g)+O2(g)　ΔG1，②C(s)
+O2(g)===CO2(g)　ΔG2，根据盖斯定律，①+②可得TiO2(s)+C(s)+2Cl2(g)
===TiCl4(g)+CO2(g)，由图中数据可知ΔG=ΔG1+ΔG2<0，反应能自发进行，故D不符合题意。
13.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<0
B.983 K是两个反应主次趋势变化的转折点
C.L1对应反应①
D.当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主
答案
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14
根据化学方程式可知，反应②的ΔS<0，则-TΔS>0，根据273 K时，ΔG= ΔH-TΔS<0，所以ΔH<0，A正确；
ΔG越小，说明反应能够发生的趋势越大，983 K时两反应的ΔG相等，之后两反应的ΔG大小关系发生变化，则反应主次趋势发生变化，B正确；
反应①的ΔS>0，根据ΔG=ΔH-TΔS，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，L1对应反应②，C错误；
当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主，D正确。
答案
1
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14.已知甲烷隔绝空气在不同温度下有可能发生两个反应：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，在图书馆查到了如下数据：
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
请帮助这位同学解答如下问题：
(1)反应②在　　　(填“高温”或“低温”)下自发进行。
高温
答案
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14
当ΔH-TΔS<0时，反应能自发进行，由题给数据可知，反应②自发进行时反应温度T>≈1 709.4 K，则该反应在高温下才能自发进行。
答案
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14
(2)反应①在常温下　　　(填“能”或“不能”)自发进行。
不能
由题给数据可知，常温下，反应①ΔH-TΔS=+74.848 kJ·mol-1-80.674× 10-3 kJ·mol-1·K-1×298 K≈50.807 kJ·mol-1>0，则该反应常温下不能自发进行。
(3)求算制取炭黑的允许温度范围：　　 　　　　。
答案
1
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927.8~1 709.4 K
由题给数据可知，反应①自发进行时反应温度T>≈ 927.8 K，反应②自发进行时反应温度T>1 709.4 K，则利用甲烷制取炭黑温度控制在927.8~1 709.4 K内。
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