文档内容
第 05 讲 化学反应的方向
1.证据推理与模型认知：了解判断化学反应进行方向的三个判据，构建判断化学反应自发
性的思维方法模型。
2.科学态度与社会责任：根据三个判据的发展过程，理解科学知识的曲折发展历程，增强
对化学反应自发性研究重要意义的认识。
一、自发过程和自发反应
自发过程 自发反应
在一定条件下，不用借助外力，就能自 在给定的条件下，可以自发进行
含义
发进行的过程 到显著程度的化学反应
具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在
特征
该条件下肯定不能自发进行
举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈
(1)可被用来完成有用功。如H 燃烧可设计成原电池。
2
应用
(2)非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H 和O
2 2
二、化学反应进行方向的判据
1．焓变与反应的方向
(1)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(能量变
化)来判断反应进行的方向，这就是焓判据(能量判据)。
(2)焓变与化学反应进行方向的关系
①多数放热反应是自发进行的。例如燃烧反应、中和反应等。
②有些吸热反应也可以自发进行，如：
2NO(g) 4NO (g)＋O(g) ΔH＝＋109.8 kJ·mol－1。
2 5 2 2
结论：只用焓判据判断反应是否自发不全面。
2．熵变与反应的方向
(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)熵判据：体系有自发地向混乱度增加(即熵增)的方向转变的倾向，因此可用熵变来判断
反应进行的方向。
(4)熵变与化学反应进行方向的关系
①许多熵增的反应是自发的(多是气体分子数目增多的反应)，如
2KClO=====2KCl＋3O↑；
3 2
CaCO ＋2HCl===CaCl ＋HO＋CO↑等。
3 2 2 2
②有些熵减的反应也可以自发进行，如：
Ca(OH) (aq)＋CO(g)===CaCO (s)＋HO(l)。
2 2 3 2
结论：只用熵判据判断反应是否自发不全面。
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。
4.判断化学反应自发性的方法
焓变(ΔH) 熵变(ΔS) 反应在某状况下能否自发进行
＜0 ＞0 能自发进行
＞0 ＜0 不能自发进行
＜0 ＜0 取决于温度，低温自发
＞0 ＞0 取决于温度，高温自发
考点一 自发过程和自发反应
例1．下列关于反应自发性的说法正确的是
A．△H＜0、△S＞0的反应，有利于自发进行
B．化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应
C．凡是放热反应都是自发的，吸热反应都是非自发的
D．自发反应在任何条件下都能自动进行，现象明显
【答案】A
【解析】A．△H<0，△S>0，所有温度下△H-T△S<0，反应自发进行，选项A正确；B．
大多数化合反应是放热反应，如C+CO =====2CO是吸热反应，大多数分解反应是吸热反
2应，尿素分解是放热反应，选项B错误；C．不能单独用焓判据或熵判据判断反应的自发
性，所以吸热反应不一定是非自发反应，熵增大的反应不一定是自发反应，选项C错误；
D．自发反应是在一定条件下进行的，选项D错误。答案选A。
考点二 焓变和熵变与反应进行方向的判断
例2．下列说法正确的是（ ）
A．在温度、压强一定的条件下，焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向
B．温度、压强一定时，熵增加的反应一定能自发进行
C．反应熵变是决定反应能否自发进行的唯一因素
D．固体的溶解过程只与焓变有关
【答案】A
【解析】 时反应能自发进行，所以在一定温度和压强下，焓变和熵变共同影
响化学反应的方向，A正确；反应能否自发进行需根据熵变和焓变共同决定，单凭一个条
件无法确定，B错误；焓变不是决定反应能否自发进行的唯一依据，需要和熵变共同决定，
C错误；固体的溶解过程体系的混乱度增大，是熵增过程，D错误；故选A。
考点三 自由能(复合判据)与反应进行方向的判断
例3．已知：ΔG=ΔH- TΔS，当ΔG<0，反应正向能自发进行，ΔG>0反应正向不能自发进
行。生产合成气的反应：C(s) + H O(g) =CO(g)+ H (g)在高温时才能正向自发进行。下列对
2 2
该反应过程的ΔH、ΔS判断正确的是
A．ΔH>0，ΔS<0 B．ΔH<0. ΔS<0
C．ΔH>0，ΔS> 0 D．ΔH<0，ΔS> 0
【答案】C
【解析】根据反应方程式，该反应是气体体积增加，混乱度增大，即ΔS>0，该反应高温下
能正向自发进行，根据ΔG=ΔH－TΔS<0可自发进行分析，推出ΔH>0，故答案为C；故选
C。
考点四 由浓度商和平衡常数判断平衡状态或反应进行的方向
例4．对于CO(g)＋HO(g) CO(g)＋H(g)，某温度下平衡常数K为1，向一密闭容器内
2 2 2
同时通入CO(g)、HO(g)、CO(g)、H(g)各1 mol，在该温度下建立平衡时，CO的物质的
2 2 2
量( )
A．大于1 mol B．小于1 mol
C．等于1 mol D．无法确定
【答案】C
【解析】由于CO(g)＋HO(g) CO(g)＋H(g)反应前与反应后气态物质的化学计量数之和
2 2 2
相等，故可使用各物质的物质的量代替物质的量浓度进行计算。由于Q＝K，说明一开始
就建立了平衡。1．水凝结成冰中，其焓变和熵变正确的是
A．△H>0 △S＜0 B．△H＜0 △S>0
C．△H>0 △S>0 D．△H＜0 △S＜0
【答案】D
【解析】水凝结成冰的过程放热，△H＜0，体现混乱程度减弱，熵减小，△S＜0，故选
D。
2．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】扩散现象，是熵增加的自发过程，A不符合题意；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；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；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。
3．下列说法正确的是
A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应
B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程
C．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
D．常温下，反应C(s)+CO(g) 2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0
2
【答案】D
【解析】自发反应是指在一定温度和压强下，不需要外界帮助即可发生的化学反应，故A
错误；非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，如碳酸钙受热分解的反应是熵增的吸
热反应，属于在高温下进行的非自发过程，故B错误；使用催化剂只能降低反应的活化能，
加快反应速率，但不能改变化学反应进行的方向，故C错误；碳与二氧化碳生成一氧化碳
的反应是熵增的反应，由常温下该反应不能自发进行可知，反应ΔH—TΔS＞0，则该反应
的焓变ΔH＞0，故D正确；故选D。
4．下列说法不正确的是
A．反应 在低温下能自发进行，说明该反应的
B．非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的反应
C．反应的限度越大，说明平衡时产物所占比例越高
D．若温度改变，则可逆反应的平衡常数一定改变
【答案】B
【解析】反应 在低温下能自发进行，且是熵减的反应，由
知，该反应的 ，A正确；自发反应和非自发反应都是从热力学角度来考量的，其没有考虑动力学的影响。非自发进行的反应在一定的条件下可以自发进行，反
应的自发性和反应进行的速率快慢之间没有必然联系，能自发进行的反应不一定能迅速发
生反应，B错误；化学平衡常数是化学反应限度的一个重要参数，该常数表示的意义是可
逆反应进行的程度，反应的限度越大，K值越大，说明平衡时产物所占比例越高，C正确；
平衡常数与温度有关，若温度改变，则可逆反应的平衡常数一定改变，D正确；故选B。
5．下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是
A．1molH O在不同状态时的熵值：S(s)＜S(g)
2
B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
C．某些非自发的反应可以通过改变条件使其成为自发反应
D．反应NH HCO (s)=NH (g)+HO(g)+CO(g) ΔH=+185.57 kJ∙mol−1在高温下能自发
4 3 3 2 2
【答案】B
【解析】一般来说，相同量的同一物质，气态熵>液态熵>固态熵，即1mol HO在不同状态
2
时的熵值：S(s)＜S(g)，故A正确；自发反应的熵不一定增大，比如在低温下能自发反应的
放热反应的熵可能是熵减的反应，故B错误；某些非自发的反应比如ΔS＞0，ΔH＞0，在
低温是非自发，可以通过改变条件即在高温下能自发反应，故C正确；反应
NH HCO (s)=NH (g)+HO(g)+CO(g) ΔH=+185.57 kJ∙mol−1即ΔS＞0，ΔH＞0，根据ΔG＝
4 3 3 2 2
ΔH−TΔS，在高温下能自发反应，故D正确。综上所述，答案为B。
6．已知反应 的 ， ，下列正确的是
A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行
C．任何温度下都不能自发进行 D．任何温度下都能自发进行
【答案】C
【解析】反应 的 ， ，因为T ，则 一
定大于0，即反应在任何温度下都不能自发进行，C项符合题意。故选C。
7．针对反应 ，下列说法正确的是
A．低温下能自发进行 B．高温下能自发进行
C．任何温度下都不能自发进行 D．任何温度下都能自发进行
【答案】C
【解析】C燃烧生成CO为放热反应，则反应2CO(g)=2C(s)+O (g) 为吸热反应， ，
2
且该反应为熵减反应， ，则 ，即在任何温度下都不能自发进行，故选
C。
8．干冰升华过程中，其焓变和熵变正确的是
A． ， B． ， C． ， D． ，
【答案】A
【解析】干冰升华过程中，物质由固态变为气态，体系的混乱度增大，属于熵增的过程，
ΔS＞0；干冰升华过程中，物质由固态变为气态，为吸热过程，ΔH＞0，故A正确；故选A。
9．在恒容密闭容器中进行反应：C(s)＋CO(g) 2CO(g) ∆H>0。下列说法不正确的是
2
A．∆S>0
B．反应在高温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应一定达到平衡状态
D．容器内气体浓度c(CO)∶c(CO)=1∶2时，反应一定达到平衡状态
2
【答案】D
【解析】气体分子总数增加，则 ，A正确；由于该反应是吸热反应，其△S＞0，根据
△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B正确；随着正反
应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反应达到
平衡状态，C正确；因为各成分的量取决于起始的投料，容器内气体浓度c(CO)∶c(CO)=1∶2
2
时，难以体现逆反应速率和正反应速率相等、也难以确定各成分的量是否不再变化，故反
应不一定达到平衡状态， D不正确；答案选D。
10．常压下，1g冰熔化成1g水、1g水蒸发成1g水蒸气的焓和熵的变化情况如图所示。
已知：熔化过程：
蒸发过程：
下列说法不正确的是
A． ； B． ；
C． D．蒸发过程属于高温自发过程
【答案】C
【解析】水由固态转化为液态吸收能量，熔化过程为吸热过程，则 ，蒸发过程为吸
热过程，则 ，A正确；同种物质不同状态的混乱度：g>l>s，混乱度越大熵变值越
大，则 ， ，B正确；蒸发过程熵变值更大，即 ，C错误；蒸发过程 ， ，根据自发进行的判据： ，该反应需要高温条件自
发进行，D正确；故选C。
11．下列说法中错误的是
A．2CaCO (s)+2SO (g)+O(g)=2CaSO (s)+2CO(g)在低温下能自发进行，则该反应的△H＜0
3 2 2 4 2
B．加入合适的催化剂能降低反应活化能，从而改变反应的焓变
C．若△H＜0，△S＞0，化学反应在任何温度下都能自发进行
D．NH Cl(s)＝NH (g)+HCl(g)室温下不能自发进行，说明该反应的△H＞0
4 3
【答案】B
【解析】只要确定反应△G=△H-T△S＜0反应就可以自发进行，反应中△S＜0,又因为条件
是低温，所以△H＜0，故A正确；加入催化剂只能改变活化能，改变反应需要的时间，不
能改变焓变，故B错误；若△H＜0，△S＞0，则△G＜0,所有化学反应在任何温度下都能
自发进行，故C正确；由题意可知，反应过程中△S＞0，所以根据公式，若室温下不能自
发进行，说明该反应的△H＞0，故D正确；答案为B。
12．一定温度和压强下，当△H－T△S＜0时，反应能自发进行。下列反应△H＞0，△S＞
0的是（ ）
A．HCl(g)+NH (g)=NH Cl(s)
3 4
B．高温下能自发进行的反应：2NO(g)=4NO (g)+O(g)
2 5 2 2
C．2H(g)+O(g)=2HO(l)
2 2 2
D．任何温度下均能自发进行的反应：COCl (g)=CO(g)+Cl (g)
2 2
【答案】B
【解析】根据象限图，第一象限是高温下能自发进行即△H＞0，△S＞0，第二象限是任意
条件下自发进行即△H＜0，△S＞0，第三象限是低温下能自发进行即△H＜0，△S＜0，第
四象限任意条件下都不能自发进行即△H＜0，△S＜0。HCl(g)+NH (g)=NH Cl(s)，该反应
3 4
是化合反应，气体物质的量减小的反应，即△H＜0，△S＜0，故A不符合题意；
2NO(g)=4NO (g)+O(g)是熵增反应即△S＞0，该反应在高温下能自发进行的反应，则△H
2 5 2 2
－T△S＜0，说明△H＞0，故B符合题意；2H(g)+O(g)=2HO(l)是放热的、熵减的反应即
2 2 2
△H＜0，△S＜0，故C不符合题意；任何温度下均能自发进行的反应：COCl (g)=CO(g)
2
+Cl(g)，则△H＜0，△S＞0，故D不符合题意。综上所述，答案为B。
2
13．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-1∙mol-1) △H(kJ∙mol-1) ρ(kg∙m-3)
C(石墨) 5.7 -393.51 2260
C(金刚石) 2.4 -395.40 3513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，ΔS＜0
B．金刚石比石墨稳定
C．由公式ΔG=△H-TΔS可知，该反应在任何条件下都能自发进行
D．超高压条件下，石墨有可能变为金刚石
【答案】D
【分析】由题意可知，①C(石墨)+O (g)=CO (g) △H=-393.51 kJ∙mol-1；
2 2
②C(金刚石)+O (g)=CO (g) △H=-395.40kJ∙mol-1。
2 2
【解析】利用盖斯定律，将反应①-②得，C(石墨)→C(金刚石) △H=-393.51 kJ∙mol-1-
(-395.40kJ∙mol-1)=1.89 kJ∙mol-1＞0，ΔS=2.4 J ∙k-1∙mol-1-5.7 J ∙k-1∙mol-1=-3.3 J ∙k-1∙mol-1＜0，A不
正确；物质具有的能量越低，该物质越稳定，反应C(石墨)→C(金刚石) △H＞0，属于吸热
反应，石墨的能量较低，则石墨比金刚石稳定，B不正确；ΔG=△H-TΔS=1.89 kJ∙mol-1-
298K×(-3.3 J ∙k-1∙mol-1)×10-3kJ/J=2.8734 kJ∙mol-1，则该反应在通常下不能自发进行，C不正
确；金刚石的密度比石墨大，质量相同时，金刚石的体积小，则反应C(石墨)→C(金刚石)
是体积减小的反应，由影响相变速率的因素可知，随着体积差的增大，增大压强，成核速
率加快，有利于相变向密度大的多面体方向转变，故超高压条件下，石墨有可能变为金刚
石，D正确；故选D。
14．对于反应 。下列说法正确的是
A．反应的
B．其他条件不变，升高体系的温度，该反应的平衡常数 增大
C．保持其他条件不变，增大O 浓度能提高SO 的反应速率和转化率
2 2
D．使用催化剂能改变反应途径，降低反应的焓变
【答案】C
【解析】该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以反应的ΔS＜0，A错误；该反应的
正反应是放热反应，在其它条件不变时，升高体系的温度，化学平衡向吸热的逆反应方向
移动，导致该反应的平衡常数K减小，B错误；O 是反应物，在保持其他条件不变时，增
2
大反应物O 浓度，能提高反应物SO 的反应速率，同时化学平衡正向移动，导致SO 的平
2 2 2
衡转化率提高，C正确；使用催化剂只能改变反应途径，降低反应的活化能，但不能改变
反应物、生成物的能量，因此不能降低反应的焓变，D错误；故选C。
15．关于恒容密闭容器中进行的反应 ，下列说法不正
确的是
A．
B．在低温下能自发进行
C．当混合气体的密度不再变化时，反应达到平衡状态
D．单位时间内生成 的同时生成 ，说明反应达到平衡状态【答案】B
【解析】气体分子总数增加，则 ，A正确；由于该反应是吸热反应，所以其△S＞0，
根据△H－T△S＜0，该反应在高温下才能自发进行，低温下不能自发进行，B不正确；随
着正反应的发生，混合气体的密度逐渐增大，所以当混合气体的密度不再发生变化时，反
应达到平衡状态，C正确；单位时间内生成 的同时生成 ，即逆反应速率
和正反应速率相等，说明反应达到平衡状态，D正确；答案选B。
16．下列说法正确的是
A．常温下反应2K(s)+2H O(l)=2KOH(aq)+H (g)可自发进行，则该反应为吸热反应
2 2
B．反应SO (g)+HO(l)=HSO (l)的△H>0
3 2 2 4
C．所有自发过程都将导致体系的熵值增大
D．已知2H(g)+O(g)=2HO(l)为自发反应，可通过焓判据来解释该反应能自发进行
2 2
【答案】D
【解析】常温下反应2K(s)+2H O(l)=2KOH(aq)+H (g)反应为熵增的反应，根据 反
2 2
应可自发进行，不能判断该反应为吸热反应，实际活泼金属和水的反应为放热反应，故A
错误；反应SO (g)+HO(l)=HSO (l)的反应为放热反应，焓变小于零，故B错误；
3 2 2 4
反应可自发进行，部分自发反应也可以是熵减反应，故C错误；已知2H(g)
2
+O(g)=2H O(l)为自发反应，反应为熵减反应，则反应自发焓变起主要作用，可通过焓判据
2
来解释该反应能自发进行，故D正确；故选D。
17．在容积不变的密闭容器中，一定量的SO
2
与O
2
发生反应：2SO
2
(g)+O
2
(g)⇌2SO
3
(g)。温
度分别为t 和t 时，SO 的体积分数随时间的变化如图所示，下列关系不正确的是
1 2 3
A．t0 D．K>K
1 2 1 2
【答案】C
【解析】根据“先拐先平”者大，从图像中可以看出t 先达到平衡，所以温度t>t，A正
2 2 1
确；该正反应的气体分子数减小，则体系的混乱度减小，即∆S<0，B正确随着温度的升高，
达平衡时SO 的体积分数降低，所以随着温度升高反应向逆反应方向移动，所以正反应为
3
放热反应，故ΔH＜0，C错误；因为反应为放热反应，温度越高，平衡逆向进行，K值减
小，K>K ，D正确；故选C。
1 2
18．向某密闭容器中充入一定量的 、 混合气体，一定条件下发生反应：
，平衡时C的物质的量分数与温度、压强的关系如图所示。下列说法正确的是
A．该反应的 B．该反应为熵减反应，
C．该反应一定能自发进行 D．增大压强，该反应的平衡常数增大
【答案】B
【解析】由图可知，在同一压强下，升高温度，C的物质的量分数增大，平衡正向移动，
而升高温度，平衡向吸热的方向进行，说明正反应为吸热反应， ，A错误；作一条
垂直于横坐标的直线可以看出，在同一温度下，增大压强，C的物质的量分数增大，平衡
正向移动，而增大压强，平衡向着体积减小的方向移动，则a+b>c+d，该反应为熵减反应，
，B正确；由选项A和B的分析知， 、 ，则 ，反应不能自
发进行，C错误；平衡常数只受温度的影响，温度不变，该反应的平衡常数不变，D错误；
故选B。
19．下列关于化学反应的方向叙述中不正确的是
A． 该反应
B．反应 其化学平衡常数表达式为
C．若 ， ，化学反应在任何温度下都能自发进行
D．合成甲醇的反应： ，加入催
化剂对化学平衡常数无影响
【答案】B
【解析】 中气体体积减小，该反应
，故A正确；反应 其化学平衡常数表达式为
，故B错误；△H＜0、△S＞0，在任何温度下可满足△G=△H-T•△S＜
0，能自发进行，如金属钠和水的反应，故C正确；催化剂不改变平衡常数，故D正确；
故选B。
20．二氧化碳的捕集、存储和转化是当今化学研究的热点问题之一。
（1）用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解 ，发生反应，该反应的 ________（填“>”“<”或“=”，下同）0，
_________0，在低温下，该反应________（填“能”或“不能”）自发进行。
（2） 的转化途径之一是首先利用太阳能或生物质能分解水制 ，然后将 与 转
化为甲醇或其他化学产品。你认为该方法需要解决的技术问题有__________（填字母）。
a．开发高效光催化剂
b．将通过光催化剂制取的 从反应体系中有效分离，并与 发生催化转化
c．二氧化碳及水资源的供应
【答案】> > 不能 ab
【解析】（1）该反应是分解反应，且为CO的燃烧反应的逆向反应，因CO燃烧时放热，
所以该反应为吸热反应，即 ，因气体的物质的量增多，所以 , 时，
反应可自发进行，所以在高温下，该反应能自发进行，在低温下，该反应不能自发进行，
故答案为：＞；＞；不能；
（2）开发高效催化剂，可以促使 与 转化为甲醇或其他化学产品，a符合题意；
将通过光催化剂制取的 从反应体系中有效分离，使其与 发生催化转化，b满足题意；
二氧化碳和水供应充足，不用考虑，c不满足题意；故答案为：ab；
