資源簡介

第08講 化學反應的方向
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目標導航
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課程標準 課標解讀
1．了解焓變與熵變的含義。 2．理解焓變、熵變與反應方向的關系。 3．能綜合運用焓變與熵變判斷反應進行的方向。 1．通過已有知識及日常生活中的見聞，構建化學反應方向的判據，學會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加工，構建新知識。 2．通過本節內容的學習，學生能夠感受到事物的發展、變化常常受多種因素的制約，要全面分析問題。 3．讓學生初步建立基于條件改變控制化學反應的的觀念，提升“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念”“證據推理與模型認知”等學科素養。
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知識精講
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知識點01 反應的自發性
1．自發過程
（1）含義：在溫度和壓強一定的條件下，不借助光、電等外部力量就能自動進行的過程。
（2）特點
①體系趨向于從高能量狀態轉變為低能量狀態。
②在密閉條件下，體系趨向于從有序狀態轉變為無序狀態。
③具有方向性：即過程的某個方向在一定條件下是自發的，而其逆方向在該條件下肯定不能自發。
2．特別提醒：自發過程需要在一定的溫度和壓強下才可以發生。
【即學即練1】下列過程是非自發的是（ ）。
A．加熱鐵棒一端，熱量傳向另一端
B．使鐵棒上的鐵銹轉化成單質鐵
C．氣體從高密度處向低密度處擴散
D．煤氣的燃燒
【解析】選B。根據自發過程的定義來進行判斷。熱量從高溫處傳向低溫處、金屬的腐蝕、氣體從高密度處向低密度處擴散、煤氣的燃燒都是自發的，其逆向過程都是非自發的。
知識點02 化學反應方向的判斷
1．反應焓變與反應方向
（1）能自發進行的化學反應多數是ΔH＜0的反應。
（2）有些ΔH＞0的反應也能自發進行。
（3）反應的焓變是反應能否自發進行的影響因素，但不是唯一因素。
2．反應熵變與反應方向
（1）熵
①概念：描述體系混亂度的一個物理量，符號為S，單位是J·mol－1·K－1。
②特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就越大。
（2）影響熵的因素
①同一物質：S（高溫）＞S（低溫），S（g） ＞S（l） ＞S（s）
②不同物質：相同條件下不同物質具有不同的熵值，分子結構越復雜，熵值越大。
③S（混合物） ＞S（純凈物）
（3）反應熵變
（4）反應熵變與反應方向
①二者關系
②結論：熵變是與反應能否自發進行有關的一個因素，但不是唯一因素。
3．焓變與熵變對反應方向的共同影響
（1）反應方向的判據：ΔH－TΔS
（2）文字表述：在溫度和壓強一定的條件下，自發反應總是向ΔH－TΔS＜0的方向進行，直至達到平衡狀態。
（3）局限性
①只能用于一定溫度和壓強條件下的反應，不能用于其他條件下的反應。
②僅僅可以用于判斷溫度和壓強一定條件下反應自動發生的趨勢，不能說明反應在該條件下能否實際發生。
【特別提醒】在ΔH和ΔS確定的情況下，溫度有可能對反應的方向起決定作用。反應的判據為。
【即學即練2】（2021 廈門高二檢測）對于化學反應方向的確定，下列說法中正確的是（ ）。
A．溫度、壓強一定時，放熱的熵減小的反應一定能自發進行
B．溫度、壓強一定時，焓因素和熵因素共同決定一個化學反應的方向
C．反應焓變是決定反應能否自發進行的惟一因素
D．固體的溶解過程只與焓變有關，與熵變無關
【解析】選B。放熱的熵減小的反應，如在較高的溫度下，當△H－T△S＞0時，不能自發進行，故A錯誤；反應能否自發進行，取決于焓變和熵變的綜合判據，當△H－T△S＜0時，反應能自發進行，故B正確；由B可知，反應能否自發進行取決于焓變和熵變的綜合判據，故C錯誤；固體溶解過程，體系混亂度增大，所以是熵增的過程，與熵變有關，故D錯誤。
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能力拓展
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考法01 反應熵變的判斷
【典例1】下列反應中，熵減小的是（ ）。
A．（NH4）2CO3（s）＝NH4HCO3（s）+NH3（g）
B．2N2O5（g）＝4NO2（g）+O2（g）
C．MgCO3（s）＝MgO（s）+CO2（g）
D．2CO（g）＝2C（s）+O2（g）
【解析】選D。化學反應中，氣體物質的量增加的反應方向為熵增加的方向，反之為熵減小的方向，所以A、B、C三項均為熵增加的反應，D為熵減小的反應。
【知識拓展】熵變正負的判斷
（1）物質由固態到液態、由液態到氣態或由固態到氣態的過程，熵變為正值，是熵增加的過程。
（2）氣體體積增大的反應，熵變通常都是正值，是熵增加的反應。
（3）氣體體積減小的反應，熵變通常都是負值，是熵減小的反應。
考法02 化學反應方向的判斷
【典例2】（2022·浙江6月選考節選）熱解H2S制H2。根據文獻，將H2S和CH4的混合氣體導入石英管反應器熱解（一邊進料，另一邊出料），發生如下反應：
Ⅰ．2H2S（g）S2（g）+2H2（g）ΔH1＝170kJ·mol－1
Ⅱ．CH4（g）+S2（g）CS2（g）+2H2（g）ΔH2＝64kJ·mol－1
總反應：Ⅲ．2H2S（g）+CH4（g）CS2（g）+4H2（g）
反應Ⅲ能自發進行的條件是_______。
【解析】根據蓋斯定律可知Ⅰ+Ⅱ即得到反應Ⅲ的ΔH＝234kJ·mol－1，這說明反應Ⅲ是吸熱的體積增大（即ΔS＞0）的反應，根據ΔG＝ΔH－TΔS＜0可自發進行可知反應Ⅲ自發進行的條件是高溫下自發進行。
【答案】高溫
【知識拓展】化學反應方向的判斷
1．放熱和熵增加都對ΔH－TΔS＜0有所貢獻，因此放熱的熵增加反應一定能自發進行，吸熱的熵減小反應一定不能自發進行。
2．當反應的焓變和熵變的影響相反，且二者大小相差懸殊時，某一因素可能占主導地位。
一般常溫下自發進行的放熱反應，焓變對反應方向起決定性作用。
一般常溫下自發進行的吸熱反應，熵變對反應方向起決定性作用。
3．如果反應的焓變和熵變的影響相反且相差不大時，溫度可能對反應的方向起決定性作用。
溫度與反應方向的關系：
4．ΔH與ΔS共同影響一個化學反應在一定條件下能否自發進行，它們與化學反應速率無關。
考法03 反應自發溫度的計算
【典例3】工業上利用甲烷制取碳黑的反應是：①CH4（g）＝C（s）+2H2（g）ΔH（298K）＝74.848kJ·mol－1ΔS（298K）＝80.674J·mol－1·K－1
反應過程中容易發生副反應：②2CH4（g）＝C2H2（g）+3H2（g）ΔH（298K）＝376.426kJ·mol－ΔS（298K）＝220.211J·mol－1·K－1
下列有關說法中正確的是（ ）。
A．反應①在常溫下就可以自發進行
B．焓變是副反應②自發進行的決定因素
C．制取碳黑允許的最低溫度是927.8K
D．溫度越高對制取碳黑越有利
【解析】選C。ΔH－TΔS＝74.848kJ·mol－1－80.674×10－3kJ·mol－1·K－1×298K≈50.807kJ·mol－1＞0，所以該反應常溫下不自發進行，A錯誤；反應②是熵增加的吸熱反應，熵變是決定該反應能否自發進行的因素，B錯誤；制取碳黑時，ΔH－TΔS＝74.848kJ·mol－1－80.674×10－3kJ·mol－1·K－1×T＜0，得T＞927.8K，即制取碳黑的最低溫度為927.8K，C正確；溫度過高時，可能會發生反應②，D錯誤。
【知識拓展】ΔH－TΔS的有關計算
1．反應自發進行的最低或最高溫度的計算
（1）計算依據：△H－T△S≤0
①若△S＞0，則T≥，為最低溫度
②若△S＜0，則T≤，為最高溫度
（2）注意單位的換算
①△S的單位為：J·mol－1·K－1
②△H的單位為：kJ·mol－1
③T的單位為：K
2．物質三態變化過程中的轉折溫度（熔點、沸點、升華點）為平衡溫度
3．利用ΔH、ΔS的符號和ΔH－TΔS進行推理，可以減少計算量。
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分層提分
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題組A 基礎過關練
1．下列過程是非自發的是（ ）。
A．加熱鐵棒一端，熱量傳向另一端
B．使鐵棒上的鐵銹轉化成單質鐵
C．氣體從高密度處向低密度處擴散
D．煤氣的燃燒
【解析】選B。根據自發過程的定義來進行判斷。熱量從高溫處傳向低溫處、金屬的腐蝕、氣體從高密度處向低密度處擴散、煤氣的燃燒都是自發的，其逆向過程都是非自發的。
2．下列關于自發過程的敘述中，正確的是（ ）。
A．只有不需要任何條件就能夠自動進行的過程才是自發過程
B．需要加熱才能夠進行的過程肯定不是自發過程
C．同一可逆反應的正、逆反應在不同條件下都有自發進行的可能
D．非自發過程在任何條件下都不可能變為自發過程
【解析】選C。反應自發進行的判斷依據是△H－T△S＜0；自發進行的反應也需要一定條件才可以發生，故A錯誤；有些自發進行的反應也需要反應條件，才能進行，如氫氣和氧氣需要點燃反應，故B錯誤；同一可逆反應的正、逆反應是同時進行的；只是進行程度不同，平衡移向某一方向，同一可逆反應的正、逆反應在不同條件下都有自發進行的可能，故C正確；反應是否自發進行有反應的焓變、熵變、溫度共同決定；非自發過程，改變溫度可能變為自發過程，如焓變大于0，熵變大于0的反應低溫可以是非自發進行的反應，高溫下可以自發進行，故D錯誤。
3．在圖甲中的A、B兩容器里，分別收集著兩種互不作用的理想氣體。若將中間活塞打開（如圖乙所示），兩種氣體分子立即都分布在兩個容器中。這是一個不伴隨能量變化的自發過程。關于此過程的下列說法不正確的是（ ）。
A．此過程為混亂程度小向混亂程度大的方向的變化過程，即熵增大的過程
B．此過程為自發過程，而且沒有熱量的吸收或放出
C．此過程從有序到無序，混亂度增大
D．此過程是自發可逆的
【解析】選D。氣體分子由有序變為混亂，故為熵增大的過程，A和C選項正確；由題意知ΔH＝0，故B選項正確；ΔS＞0，由ΔH－TΔS＜0知，該過程的逆過程不能自發進行，所以D錯。
4．（2021 廈門高二檢測）對于化學反應方向的確定，下列說法中正確的是（ ）。
A．溫度、壓強一定時，放熱的熵減小的反應一定能自發進行
B．溫度、壓強一定時，焓因素和熵因素共同決定一個化學反應的方向
C．反應焓變是決定反應能否自發進行的惟一因素
D．固體的溶解過程只與焓變有關，與熵變無關
【解析】選B。放熱的熵減小的反應，如在較高的溫度下，當△H－T△S＞0時，不能自發進行，故A錯誤；反應能否自發進行，取決于焓變和熵變的綜合判據，當△H－T△S＜0時，反應能自發進行，故B正確；由B可知，反應能否自發進行取決于焓變和熵變的綜合判據，故C錯誤；固體溶解過程，體系混亂度增大，所以是熵增的過程，與熵變有關，故D錯誤。
5．在25℃、1.01×105Pa下，反應2N2O5（g）＝4NO2（g）+O2（g）△H＝+56.7kJ mol－1能自發進行的合理解釋是（ ）。
A．該反應是分解反應
B．該反應的熵增效應大于焓變效應
C．該反應是熵減反應
D．該反應是放熱反應
【解析】選B。反應能否自發進行取決于焓變和熵變的綜合判據，反應2N2O5（g）＝4NO2（g）+O2（g）△H＝+56.7kJ mol－1，可知該反應△H＞0，且△S＞0，根據△H－T △S判斷，反應能自發進行，必須滿足△H－T △S＜0才可，即該反應的熵增效應大于焓變效應。
6．（2021·河南濟源高二檢測）下列過程屬于熵增加的是（ ）。
A．一定條件下水由氣態變為液態
B．高溫高壓條件下使石墨轉化為金剛石
C．散落的火柴的無序排列
D．CO點燃時生成CO2
【解析】選C。水由氣態變為液態，熵值減小，故A錯誤；使石墨轉化為金剛石，都為固體，熵值基本不變，故B錯誤；散落的火柴的無序排列，混亂度增大，熵值增加，故C正確；CO點燃時生成CO2，都為氣體，物質的量不變，熵值不變，故D錯誤。
7．（2021·聊城高二檢測）下列關于冰熔化為水的過程判斷正確的是（ ）。
A．△H＞0，△S＜0 B．△H＜0，△S＞0
C．△H＞0，△S＞0 D．△H＜0，△S＜0
【解析】選C。冰融化為水的過程需要吸收熱量，△H＞0；固體變為液體的過程是熵增大的過程，△S＞0。
8．下列反應常溫時能自發進行，既能用焓判據又能用熵判據解釋的是（ ）。
A．HCl+NH3＝NH4Cl
B．2KClO3＝2KCl+3O2↑
C．2Na2O2+2H2O＝4NaOH+O2↑
D．Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3↑+10H2O
【解析】選C。一般來說，放熱反應或熵增反應有利于反應自發進行。A項反應為熵減反應，所以不能從熵判據上進行解釋；B、D項的反都是吸熱反應，都不能從能量判據上進行解釋；只有C項符合。
9．硝酸銨溶于水的過程是吸熱過程，但能自發進行。請回答下列問題：
（1）硝酸銨溶于水的過程中體系的混亂度（填“增大”或“減小”“不變”，下同）熵值______，△S______（填“＞”或“＜”“＝”）0。
（2）該過程中體系的能量______（填“升高”或“降低”“不變”）；若用單一的方向判據來解釋，你認為應用______判據；這一過程能自發進行，說明______效應大于______效應。
【解析】（1）依據題干信息可知，硝酸銨溶于水的過程是溶解后電離出自由移動離子的過程，體系的混亂度增大，熵變△S大于0；（2）熵變增大的放熱反應能自發進行，硝酸銨溶于水的過程是吸熱過程，體系的能量降低，若用單一的方向判據來解釋應用熵變判據，這一過程能自發進行，說明熵變效應大于焓變效應。
【答案】（1）增大；＞（2）降低；熵變；熵變；焓變
10．根據你已有的知識和經驗，分析下列過程的焓變、熵變，并判斷反應的方向。
（1）H+（aq）+OH－（aq）＝H2O（l）△S＝+80.7J·mol－1·K－1，△H________0，該反應________（自發或非自發）。
（2）TiO2（s）+2Cl2（g）＝TiCl4（l）+O2（g）△H＝+161.9kJ·mol－1△S＝－38.4J·mol－1·K－1該反應________（自發或非自發）
【解析】（1）酸堿中和反應為放熱反應，則△H＜0，反應后溶液變成液體，混亂度降低，△S＞0，則△H－T△S一定小于0，該反應能夠自發。（2）因為該反應的△H＞0，△S＜0，則△H－T△S一定大于0，該反應不能自發。
【答案】（1）＜ 自發（2）非自發
題組B 能力提升練
1．（2021·浙江6月選考）相同溫度和壓強下，關于物質熵的大小比較，合理的是（ ）。
A．1molCH4（g）＜1molH2（g）
B．1molH2O（g）＜2molH2O（g）
C．1molH2O（s）＞1molH2O（l）
D．1molC（s，金剛石）＞1molC（s，石墨）
【解析】選B。CH4（g）和H2（g）物質的量相同，且均為氣態，CH4（g）含有的原子總數多，CH4（g）的摩爾質量大，所以熵值1molCH4（g）＞1molH2（g），A錯誤；相同狀態的相同物質，物質的量越大，熵值越大，所以熵值1molH2O（g）＜2molH2O（g），B正確；等量的同物質，熵值關系為：S（g）＞S（l）＞S（s），所以熵值1molH2O（s）＜1molH2O（l），C錯誤；從金剛石和石墨的結構組成上來看，金剛石的微觀結構更有序，熵值更低，所以熵值1molC（s，金剛石）＜1molC（s，石墨），D錯誤。
2．下列說法中正確的是（ ）。
A．能自發進行的反應一定能迅速發生反應
B．非自發進行的反應一定不可能發生反應
C．理論判斷能自發進行的反應，實際情況下可能不能發生
D．常溫下，2H2O2H2↑+O2↑，該反應是自發反應
【解析】選C。有些自發進行的反應也需要反應條件，如C與氧氣，是自發反應，但是常溫下不反應，故A錯誤；非自發進行的反應在一定條件下也可能發生，故B錯誤；理論判斷能自發進行的反應，也需要反應條件，所有理論判斷能自發進行的反應，實際情況下可能不能發生，故C正確；常溫下，2H2O2H2↑+O2↑，是非自發反應，故D錯誤。
3．（2021·菏澤高二檢測）已知X（g）+3Y（g）＝2Z（g）△H＞0下列說法正確的是（ ）。
A．該反應的△S＞0
B．該反應在任何溫度下都不能自發進行
C．該反應是放熱反應
D．該反應在任何溫度下都能自發進行
【解析】選B。該反應后氣體的量減小，則反應的熵變小于零，故A錯誤；該反應△H＞0，△S＜0，代入反應能否自發進行的判據：△H－T△S＞0，在任何溫度下都不能自發進行，故B正確；焓變△H＞0，確定該反應是吸熱反應，故C錯誤；該反應△H＞0，△S＜0，代入反應能否自發進行的判據：△H－T△S＞0，在任何溫度下都不能自發進行，故D錯誤。
4．（2021·贛州高二檢測）某化學反應△H＝－122kJ mol－1，△S＝－330J mol－1 K－1，則下列說法正確的是（ ）。
A．在任何溫度下都能自發進行
B．在任何溫度下都不能自發進行
C．僅在高溫下自發進行
D．僅在低溫下自發進行
【解析】選C?！鱄＝－122kJ mol－1，△S＝－330J mol－1 K－1，△H－T△S＝－122kJ mol－1－T×（－0.330kJ mol－1 K－1），如能自發進行，應滿足△H－T△S＜0，則應滿足T＞＝＝369.7K，應在高溫下進行。
5．（2021 棗莊高二檢測）下列反應在任意溫度下一定能自發進行的是（ ）。
A．2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑
B．NH3（g）+HCl（g）＝NH4Cl（s）△H＜0
C．CaCO3（s）＝CaO（s）+CO2（g）△H＞0
D．X2Y2（s）＝X2（g）+Y2（g）△H＜0
【解析】選D。反應是吸熱反應△H＞0，△S＞0，低溫下不能自發進行，故A錯誤；反應是放熱反應△H＜0，△S＜0，高溫下不能自發進行，故B錯誤；反應是吸熱反應△H＞0，△S＞0，低溫下不能自發進行，故C錯誤；反應是放熱反應△H＜0，△S＞0，任意條件下能自發進行，故D正確。
6．（2021·山西太原高二檢測）下列說法正確的是（ ）。
A．一定溫度下，反應MgCl2（l）＝Mg（l）+Cl2（g）的ΔH＞0，ΔS＜0
B．凡是放熱反應都是自發的，凡是吸熱反應都是非自發的
C．常溫下2H2O＝2H2↑+O2↑，即常溫下水的分解反應是自發反應
D．對于反應H2O2＝2H2O+O2↑，加入MnO2或升高溫度都能加快O2的生成速率
【解析】選D。鎂在氯氣中的燃燒是放熱反應，反之則為吸熱反應，MgCl2的分解是熵值增大的反應，ΔS＞0，A錯誤；有些吸熱反應也可以自發進行，如氫氧化鋇晶體和氯化銨常溫下發生反應，ΔH＞0，B錯誤；水在常溫常壓下電解才能發生分解，即環境對它做功，才能使它發生反應，所以是非自發反應，C錯誤；MnO2對H2O2的分解起催化劑作用、升高溫度也能使反應速率加快，D正確。
7．（2021·海南文昌高二檢測）二氧化碳捕集、存儲和轉化是當今化學研究的熱點問題之一。
（1）用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO2，發生反應：2CO2（g）＝2CO（g）+O2（g），該反應的△H______0，△S______0（選填“＞”、“＜”或“＝”），在低溫下，該反應______（填“能”或“不能”）自發進行。
（2）CO2轉化途徑之一是利用太陽能或生物質能分解水制H2，然后將H2與CO2轉化為甲醇或其他化學品，你認為該方法需要解決的技術問題有_____。
A．開發高效光催化劑
B．將光催化制取的氫氣從反應體系中有效分離，并與CO2發生催化轉化
C．二氧化碳及水資源的供應
【解析】（1）該反應是分解反應，且CO燃燒時放熱，所以該反應為吸熱反應，即△H＞0，因氣體的物質的量增多，所以△S＞0，△G＝△H－T△S＜0時，反應可自發進行，所以在低溫下，該反應不能自發進行；（2）根據所以發生反應需要的條件可知需要解決的技術問題有：開發高效光催化劑；將光催化制取的氫從反應體系中有效分離，并與CO2催化轉化，二氧化碳和水供應充足，不用考慮。
【答案】（1）＞；＞；不能（2）AB
8．某化學興趣小組專門研究了氧族元素及其某些化合物的部分性質。所查資料信息如下：①酸性：H2SO4＞H2SeO4＞H2TeO4；②氧、硫、硒與氫氣化合越來越難，碲與氫氣不能直接化合；③由元素的單質生成等物質的量的氫化物的焓變情況如圖。
請回答下列問題：
（1）H2與硫化合的反應________（填“放出”或“吸收”）熱量。
（2）已知H2Te分解反應的△S＞0，請解釋為什么Te和H2不能直接化合________。
【解析】（1）由圖示可知H2與硫化合的反應△H＜0，故為放熱反應。（2）由圖示可知H2與Te化合的反應△H＞0，H2Te分解時△S＞0，則化合生成H2Te的△S＜0，即△H－T△S＞0，故反應不能自發進行。
【答案】（1）放出（2）因為化合時△H＞0，△S＜0，△H－T△S＞0，故反應不能自發進行
題組C 培優拔尖練
1．（2021 舟山高二檢測）橡皮筋在拉伸和收縮狀態時結構如圖：在其拉伸過程中有放熱現象，反之吸熱。25℃、101kPa時，下列化學反應的焓變、熵變和自發性與橡皮筋從拉伸狀態到收縮狀態一致的是（ ）。
A．2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑
B．Ba（OH）2 8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3↑+10H2O
C．2H2+O2＝2H2O
D．CaCO3＝CaO+CO2↑
【解析】選B。橡皮筋在拉伸過程中有放熱現象，即拉伸過程的焓變小于0，熵變小于0，且不自發，故橡皮筋從拉伸狀態到收縮狀態一致為吸熱反應，熵變大于0，且自發。鈉與水反應放熱，故不符合題意，故A錯誤，為吸熱反應，且熵大于0，符合題意，故B正確；氫氣燃燒放熱，故不符合題意，故C錯誤；碳酸鈣分解為吸熱，熵變大于0，但是非自發，故D錯誤。
2．（2021·2022江蘇南通上學期期末高二檢測）通過以下反應均可獲取H2：
①太陽光催化分解水制氫：2H2O（l）2H2（g）+O2（g）ΔH1＝571.6kJ·mol－1
②焦炭與水反應制氫：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH2＝131.3kJ·mol－1
③甲烷與水反應制氫：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）ΔH3＝206.1kJ·mol－1
下列有關說法正確的是（ ）。
A．反應①中電能轉化為化學能
B．反應②為放熱反應
C．反應③使用催化劑，ΔH3減小
D．反應CH4（g）＝C（s）+2H2（g）的ΔH＝74.8kJ·mol－1
【解析】選D。①中太陽能轉化為化學能，A錯誤；②中ΔH2＝131.3kJ·mol－1＞0，反應為吸熱反應，B錯誤；使用催化劑能改變反應的活化能，從而改變反應速率，但不能改變化學反應的焓變，C錯誤；根據蓋斯定律：③－②即可得反應CH4（g）C（s）+2H2（g）的ΔH＝206.1kJ·mol－1－131.3kJ·mol－1＝74.8kJ·mol－1，D正確。
3．（2021·肇慶高二檢測）下列對于化學反應方向說法正確的是（ ）。
A．反應2A（g）+B（g）＝3C（s）+D（g）在一定條件下能自發進行，說明該反應的△H＞0
B．常溫下反應2Na2SO3（s）+O2（g）＝2Na2SO4（s）能自發進行，則△H＜0
C．反應2Mg（s）+CO2（g）＝C（s）+2MgO（s）能自發進行，則該反應的△H＞0
D．一定溫度下，反應2NaCl（s）＝2Na（s）+Cl2（g）的△H＜0，△S＞0
【解析】選B。A反應后氣體數減少，則△S＜0，在一定條件下能自發進行，△H應小于0，故A錯誤；B反應后氣體數減少，則△S＜0，由△H－T △S＜0時，反應可自發進行可知，△H＜0，故B正確；C反應后氣體數減少，則△S＜0，由△H－T △S＜0時，反應可自發進行可知，△H＜0，故C錯誤；A反應后氣體數增多，則△S＞0，該反應為分解反應，應吸熱，反應的△H＞0，在較高溫度下，可滿足△H－T △S＜0，能自發進行，故D錯誤。
4．下列說法不正確的是（ ）。
A．反應2NH4Cl（s）+Ba（OH）2 8H2O（s）＝BaCl2（s）+2NH3（g）+10H2O（l）是一個顯著吸熱的反應，但在常溫下就能自發進行，其原因是該反應的△S＞0
B．已知：NH3（g）+HCl（g）＝NH4Cl（s）△H＜0，則該反應低溫下自發，高溫下非自發
C．反應2K（s）+2H2O（l）＝2K+（aq）+2OH－（aq）+H2（g）在高溫、低溫下都能自發進行
D．非自發反應就是不可能發生的反應，自發反應就是能較快進行的反應
【解析】選D。反應中固體生成氣體，△S＞0，在常溫下能自發進行，△H－T △S＜0，故A正確；反應中氣體生成固體，△S＜0，在低溫下，△H－T △S＜0，反應可自發進行，當溫度較高時，△H－T △S＞0，不能自發進行，故B正確；反應放熱，△H＜0，生成氣體，△S＞0，在高溫、低溫下都滿足△H－T △S＜0，反應能自發進行，故C正確；反應能否自發進行與反應的速率大小無關，有些反應能自發進行，但反應速率很小，如金屬的腐蝕，故D錯誤。
5．（2021·許昌高二檢測）在732K時反應NH4Cl（s）＝NH3（g）+HCl（g）的△G（△G＝△H－T△S）為－20.8kJ·mol－1，△H為154kJ·mol－1，則反應的△S為（單位：J·mol－1·K－1）（ ）。
A．－587 B．587 C．239 D．－239
【解析】選C。在732K時，△H－T△S＝－20.8kJ·mol－1，即154kJ·mol－1－732K×△S＝－20.8kJ·mol－1，解得：△S＝0.239kJ·mol－1·K－1＝239J·mol－1·K－1。
6．（2021·平頂山高二檢測）已知反應：
①CO（g）O2（g）+C（s） ΔH1＝+110.0kJ·mol－1
②2CO（g）+O2（g）2CO2（g） ΔH2＝－566.0kJ·mol－1
請回答下列問題：
（1）反應①的熵變ΔS________（填“＞”或“＜”）0。
（2）有人建議，汽車尾氣中的CO可用催化加熱分解的方法來消除（反應①），這一方案在理論上是否可行 ________（填“可行”或“不可行”）。
（3）反應②中的 H2是不是CO的燃燒熱 ________（填“是”或“不是”）。
（4）煤炭的充分燃燒也是建設環境友好型社會的一個重要方面，12gC（s）完全燃燒生成CO2（g）時，放出的熱量為________kJ。
【解析】（1）反應①反應后氣體的體積減小，為熵減反應，即ΔS＜0；（2）反應①的ΔS＜0，ΔH＞0，則ΔH－TΔS＞0，不可能自發，即這一方案在理論上不可行；（3）燃燒熱是指1mol可燃物完全燃燒生成穩定的氧化物時所釋放的熱量，所以CO的燃燒熱為×566.0kJ·mol－1＝283kJ·mol－1。（4）C（s）完全燃燒生成CO2（g）的化學方程式為：③C（s）+O2（g）CO2（g） ΔH3，根據蓋斯定律：反應③＝×②－①，則：ΔH3＝×ΔH2－ΔH1＝×（－566.0kJ·mol－1）－110.0kJ·mol－1＝－393kJ·mol－1，則該反應的熱化學方程式為：C（s）+O2（g）CO2（g） ΔH3＝－393kJ·mol－1，即12gC（s）完全燃燒生成CO2（g）時，放出的熱量為393kJ。
【答案】（1）＜ （2）不可行 （3）不是 （4）393
7．已知2CO（g）CO2（g）+C（s），T＝980K時，ΔH－TΔS＝0。當體系溫度低于980K時，估計ΔH－TΔS的正負符號為________ __；當體系溫度高于980K時，ΔH－TΔS的正負符號為__________。在冶金工業中，以C作為還原劑，溫度高于980K時的氧化產物是以__________為主，低于980K時以__________為主。
【解析】由2CO（g）CO2（g）+C（s）可知ΔS＜0，T＝980K時，ΔH－TΔS＝0，故ΔH＜0；當T＜980K時，ΔH－TΔS＜0。以C作還原劑，T＞980K時，2CO（g）CO2（g）+C（s）逆反應自發進行，氧化產物以CO為主；T＜980K時，2CO（g）CO2（g）+C（s）正反應自發進行，氧化產物以CO2為主。
【答案】負；正；CO；CO2
8．已知298K時存在下列數據：
物質 Na2SO4·10H2O（s） Na2SO4（s） H2O（l）
△fH/ kJ·mol－1 －4324.08 －1384.49 －241.83
Na2SO4·10H2O（s）＝Na2SO4（s）+10H2O（l） △S＝1443.8J·mol－1·K－1。
（1）通過計算說明上述反應在298K、100kPa時______（填“能”或“不能”）自發進行。
（2）欲在100kPa時使上述反應體系發生逆轉，溫度的范圍是____________。
【解析】由標準摩爾生成焓求得△H后，再利用△H－T△S判斷反應的方向。（1）△H＝△fH（Na2SO4）+10△fH（H2O）－△fH（Na2SO4·10H2O）＝（－1384.49kJ·mol－1）+（－241.83kJ·mol－1）－（－4324.08kJ·mol－1）＝521.3kJ·mol－1，△H－T△S＝521.3kJ·mol－1－298K×1443.8×10－3kJ·mol－1·K－1＝91kJ·mol－1＞0，所以該反應正向不能自發。（2）要使反應體系發生逆轉，必須滿足△H－T△S＝521.3kJ·mol－1－T×1443.8×10－3kJ·mol－1·K－1＜0，即T＞361K。
【答案】（1）不能（2）T＞361K第08講 化學反應的方向
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目標導航
)
課程標準 課標解讀
1．了解焓變與熵變的含義。 2．理解焓變、熵變與反應方向的關系。 3．能綜合運用焓變與熵變判斷反應進行的方向。 1．通過已有知識及日常生活中的見聞，構建化學反應方向的判據，學會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加工，構建新知識。 2．通過本節內容的學習，學生能夠感受到事物的發展、變化常常受多種因素的制約，要全面分析問題。 3．讓學生初步建立基于條件改變控制化學反應的的觀念，提升“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念”“證據推理與模型認知”等學科素養。
(
知識精講
)
知識點01 反應的自發性
1．自發過程
（1）含義：在_____和_____一定的條件下，不借助光、電等外部力量就能__________的過程。
（2）特點
①體系趨向于從_____能量狀態轉變為_____能量狀態。
②在密閉條件下，體系趨向于從_____狀態轉變為_____狀態。
③具有_____性：即過程的某個方向在一定條件下是自發的，而其逆方向在該條件下肯定不能自發。
2．特別提醒：自發過程需要在一定的溫度和壓強下才可以發生。
【即學即練1】下列過程是非自發的是（ ）。
A．加熱鐵棒一端，熱量傳向另一端
B．使鐵棒上的鐵銹轉化成單質鐵
C．氣體從高密度處向低密度處擴散
D．煤氣的燃燒
知識點02 化學反應方向的判斷
1．反應焓變與反應方向
（1）能自發進行的化學反應多數是ΔH_____0的反應。
（2）有些ΔH_____0的反應也能自發進行。
（3）反應的焓變是反應能否自發進行的影響因素，但不是唯一因素。
2．反應熵變與反應方向
（1）熵
①概念：描述體系_____的一個物理量，符號為_____，單位是__________。
②特點：混亂度越大，體系越無序，體系的熵值就__________。
（2）影響熵的因素
①同一物質：S（高溫）_____S（低溫），S（g）_____S（l）_____S（s）
②不同物質：相同條件下不同物質具有不同的熵值，分子結構越復雜，熵值越_____。
③S（混合物）_____S（純凈物）
（3）反應熵變
（4）反應熵變與反應方向
①二者關系
②結論：熵變是與反應能否自發進行有關的一個因素，但不是唯一因素。
3．焓變與熵變對反應方向的共同影響
（1）反應方向的判據：ΔH－TΔS
（2）文字表述：在_____和____一定的條件下，自發反應總是向ΔH－TΔS＜0的方向進行，直至達到____狀態。
（3）局限性
①只能用于一定溫度和壓強條件下的反應，不能用于其他條件下的反應。
②僅僅可以用于判斷溫度和壓強一定條件下反應自動發生的_____，不能說明反應在該條件下能否_____。
【特別提醒】在ΔH和ΔS確定的情況下，溫度有可能對反應的方向起決定作用。反應的判據為。
【即學即練2】（2021 廈門高二檢測）對于化學反應方向的確定，下列說法中正確的是（ ）。
A．溫度、壓強一定時，放熱的熵減小的反應一定能自發進行
B．溫度、壓強一定時，焓因素和熵因素共同決定一個化學反應的方向
C．反應焓變是決定反應能否自發進行的惟一因素
D．固體的溶解過程只與焓變有關，與熵變無關
(
能力拓展
)
考法01 反應熵變的判斷
【典例1】下列反應中，熵減小的是（ ）。
A．（NH4）2CO3（s）＝NH4HCO3（s）+NH3（g）
B．2N2O5（g）＝4NO2（g）+O2（g）
C．MgCO3（s）＝MgO（s）+CO2（g）
D．2CO（g）＝2C（s）+O2（g）
【知識拓展】熵變正負的判斷
（1）物質由固態到液態、由液態到氣態或由固態到氣態的過程，熵變為正值，是熵增加的過程。
（2）氣體體積增大的反應，熵變通常都是正值，是熵增加的反應。
（3）氣體體積減小的反應，熵變通常都是負值，是熵減小的反應。
考法02 化學反應方向的判斷
【典例2】（2022·浙江6月選考節選）熱解H2S制H2。根據文獻，將H2S和CH4的混合氣體導入石英管反應器熱解（一邊進料，另一邊出料），發生如下反應：
Ⅰ．2H2S（g）S2（g）+2H2（g）ΔH1＝170kJ·mol－1
Ⅱ．CH4（g）+S2（g）CS2（g）+2H2（g）ΔH2＝64kJ·mol－1
總反應：Ⅲ．2H2S（g）+CH4（g）CS2（g）+4H2（g）
反應Ⅲ能自發進行的條件是_______。
【知識拓展】化學反應方向的判斷
1．放熱和熵增加都對ΔH－TΔS＜0有所貢獻，因此放熱的熵增加反應一定能自發進行，吸熱的熵減小反應一定不能自發進行。
2．當反應的焓變和熵變的影響相反，且二者大小相差懸殊時，某一因素可能占主導地位。
一般常溫下自發進行的放熱反應，焓變對反應方向起決定性作用。
一般常溫下自發進行的吸熱反應，熵變對反應方向起決定性作用。
3．如果反應的焓變和熵變的影響相反且相差不大時，溫度可能對反應的方向起決定性作用。
溫度與反應方向的關系：
4．ΔH與ΔS共同影響一個化學反應在一定條件下能否自發進行，它們與化學反應速率無關。
考法03 反應自發溫度的計算
【典例3】工業上利用甲烷制取碳黑的反應是：①CH4（g）＝C（s）+2H2（g）ΔH（298K）＝74.848kJ·mol－1ΔS（298K）＝80.674J·mol－1·K－1
反應過程中容易發生副反應：②2CH4（g）＝C2H2（g）+3H2（g）ΔH（298K）＝376.426kJ·mol－ΔS（298K）＝220.211J·mol－1·K－1
下列有關說法中正確的是（ ）。
A．反應①在常溫下就可以自發進行
B．焓變是副反應②自發進行的決定因素
C．制取碳黑允許的最低溫度是927.8K
D．溫度越高對制取碳黑越有利
【知識拓展】ΔH－TΔS的有關計算
1．反應自發進行的最低或最高溫度的計算
（1）計算依據：△H－T△S≤0
①若△S＞0，則T≥，為最低溫度
②若△S＜0，則T≤，為最高溫度
（2）注意單位的換算
①△S的單位為：J·mol－1·K－1
②△H的單位為：kJ·mol－1
③T的單位為：K
2．物質三態變化過程中的轉折溫度（熔點、沸點、升華點）為平衡溫度
3．利用ΔH、ΔS的符號和ΔH－TΔS進行推理，可以減少計算量。
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分層提分
)
題組A 基礎過關練
1．下列過程是非自發的是（ ）。
A．加熱鐵棒一端，熱量傳向另一端
B．使鐵棒上的鐵銹轉化成單質鐵
C．氣體從高密度處向低密度處擴散
D．煤氣的燃燒
2．下列關于自發過程的敘述中，正確的是（ ）。
A．只有不需要任何條件就能夠自動進行的過程才是自發過程
B．需要加熱才能夠進行的過程肯定不是自發過程
C．同一可逆反應的正、逆反應在不同條件下都有自發進行的可能
D．非自發過程在任何條件下都不可能變為自發過程
3．在圖甲中的A、B兩容器里，分別收集著兩種互不作用的理想氣體。若將中間活塞打開（如圖乙所示），兩種氣體分子立即都分布在兩個容器中。這是一個不伴隨能量變化的自發過程。關于此過程的下列說法不正確的是（ ）。
A．此過程為混亂程度小向混亂程度大的方向的變化過程，即熵增大的過程
B．此過程為自發過程，而且沒有熱量的吸收或放出
C．此過程從有序到無序，混亂度增大
D．此過程是自發可逆的
4．（2021 廈門高二檢測）對于化學反應方向的確定，下列說法中正確的是（ ）。
A．溫度、壓強一定時，放熱的熵減小的反應一定能自發進行
B．溫度、壓強一定時，焓因素和熵因素共同決定一個化學反應的方向
C．反應焓變是決定反應能否自發進行的惟一因素
D．固體的溶解過程只與焓變有關，與熵變無關
5．在25℃、1.01×105Pa下，反應2N2O5（g）＝4NO2（g）+O2（g）△H＝+56.7kJ mol－1能自發進行的合理解釋是（ ）。
A．該反應是分解反應
B．該反應的熵增效應大于焓變效應
C．該反應是熵減反應
D．該反應是放熱反應
6．（2021·河南濟源高二檢測）下列過程屬于熵增加的是（ ）。
A．一定條件下水由氣態變為液態
B．高溫高壓條件下使石墨轉化為金剛石
C．散落的火柴的無序排列
D．CO點燃時生成CO2
7．（2021·聊城高二檢測）下列關于冰熔化為水的過程判斷正確的是（ ）。
A．△H＞0，△S＜0 B．△H＜0，△S＞0
C．△H＞0，△S＞0 D．△H＜0，△S＜0
8．下列反應常溫時能自發進行，既能用焓判據又能用熵判據解釋的是（ ）。
A．HCl+NH3＝NH4Cl
B．2KClO3＝2KCl+3O2↑
C．2Na2O2+2H2O＝4NaOH+O2↑
D．Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3↑+10H2O
9．硝酸銨溶于水的過程是吸熱過程，但能自發進行。請回答下列問題：
（1）硝酸銨溶于水的過程中體系的混亂度（填“增大”或“減小”“不變”，下同）熵值______，△S______（填“＞”或“＜”“＝”）0。
（2）該過程中體系的能量______（填“升高”或“降低”“不變”）；若用單一的方向判據來解釋，你認為應用______判據；這一過程能自發進行，說明______效應大于______效應。
10．根據你已有的知識和經驗，分析下列過程的焓變、熵變，并判斷反應的方向。
（1）H+（aq）+OH－（aq）＝H2O（l）△S＝+80.7J·mol－1·K－1，△H________0，該反應________（自發或非自發）。
（2）TiO2（s）+2Cl2（g）＝TiCl4（l）+O2（g）△H＝+161.9kJ·mol－1△S＝－38.4J·mol－1·K－1該反應________（自發或非自發）
題組B 能力提升練
1．（2021·浙江6月選考）相同溫度和壓強下，關于物質熵的大小比較，合理的是（ ）。
A．1molCH4（g）＜1molH2（g）
B．1molH2O（g）＜2molH2O（g）
C．1molH2O（s）＞1molH2O（l）
D．1molC（s，金剛石）＞1molC（s，石墨）
2．下列說法中正確的是（ ）。
A．能自發進行的反應一定能迅速發生反應
B．非自發進行的反應一定不可能發生反應
C．理論判斷能自發進行的反應，實際情況下可能不能發生
D．常溫下，2H2O2H2↑+O2↑，該反應是自發反應
3．（2021·菏澤高二檢測）已知X（g）+3Y（g）＝2Z（g）△H＞0下列說法正確的是（ ）。
A．該反應的△S＞0
B．該反應在任何溫度下都不能自發進行
C．該反應是放熱反應
D．該反應在任何溫度下都能自發進行
4．（2021·贛州高二檢測）某化學反應△H＝－122kJ mol－1，△S＝－330J mol－1 K－1，則下列說法正確的是（ ）。
A．在任何溫度下都能自發進行
B．在任何溫度下都不能自發進行
C．僅在高溫下自發進行
D．僅在低溫下自發進行
5．（2021 棗莊高二檢測）下列反應在任意溫度下一定能自發進行的是（ ）。
A．2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑
B．NH3（g）+HCl（g）＝NH4Cl（s）△H＜0
C．CaCO3（s）＝CaO（s）+CO2（g）△H＞0
D．X2Y2（s）＝X2（g）+Y2（g）△H＜0
6．（2021·山西太原高二檢測）下列說法正確的是（ ）。
A．一定溫度下，反應MgCl2（l）＝Mg（l）+Cl2（g）的ΔH＞0，ΔS＜0
B．凡是放熱反應都是自發的，凡是吸熱反應都是非自發的
C．常溫下2H2O＝2H2↑+O2↑，即常溫下水的分解反應是自發反應
D．對于反應H2O2＝2H2O+O2↑，加入MnO2或升高溫度都能加快O2的生成速率
7．（2021·海南文昌高二檢測）二氧化碳捕集、存儲和轉化是當今化學研究的熱點問題之一。
（1）用釕的配合物作催化劑，一定條件下可直接光催化分解CO2，發生反應：2CO2（g）＝2CO（g）+O2（g），該反應的△H______0，△S______0（選填“＞”、“＜”或“＝”），在低溫下，該反應______（填“能”或“不能”）自發進行。
（2）CO2轉化途徑之一是利用太陽能或生物質能分解水制H2，然后將H2與CO2轉化為甲醇或其他化學品，你認為該方法需要解決的技術問題有_____。
A．開發高效光催化劑
B．將光催化制取的氫氣從反應體系中有效分離，并與CO2發生催化轉化
C．二氧化碳及水資源的供應
8．某化學興趣小組專門研究了氧族元素及其某些化合物的部分性質。所查資料信息如下：①酸性：H2SO4＞H2SeO4＞H2TeO4；②氧、硫、硒與氫氣化合越來越難，碲與氫氣不能直接化合；③由元素的單質生成等物質的量的氫化物的焓變情況如圖。
請回答下列問題：
（1）H2與硫化合的反應________（填“放出”或“吸收”）熱量。
（2）已知H2Te分解反應的△S＞0，請解釋為什么Te和H2不能直接化合________。
題組C 培優拔尖練
1．（2021 舟山高二檢測）橡皮筋在拉伸和收縮狀態時結構如圖：在其拉伸過程中有放熱現象，反之吸熱。25℃、101kPa時，下列化學反應的焓變、熵變和自發性與橡皮筋從拉伸狀態到收縮狀態一致的是（ ）。
A．2Na+2H2O＝2NaOH+H2↑
B．Ba（OH）2 8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3↑+10H2O
C．2H2+O2＝2H2O
D．CaCO3＝CaO+CO2↑
2．（2021·2022江蘇南通上學期期末高二檢測）通過以下反應均可獲取H2：
①太陽光催化分解水制氫：2H2O（l）2H2（g）+O2（g）ΔH1＝571.6kJ·mol－1
②焦炭與水反應制氫：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）ΔH2＝131.3kJ·mol－1
③甲烷與水反應制氫：CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g）ΔH3＝206.1kJ·mol－1
下列有關說法正確的是（ ）。
A．反應①中電能轉化為化學能
B．反應②為放熱反應
C．反應③使用催化劑，ΔH3減小
D．反應CH4（g）＝C（s）+2H2（g）的ΔH＝74.8kJ·mol－1
3．（2021·肇慶高二檢測）下列對于化學反應方向說法正確的是（ ）。
A．反應2A（g）+B（g）＝3C（s）+D（g）在一定條件下能自發進行，說明該反應的△H＞0
B．常溫下反應2Na2SO3（s）+O2（g）＝2Na2SO4（s）能自發進行，則△H＜0
C．反應2Mg（s）+CO2（g）＝C（s）+2MgO（s）能自發進行，則該反應的△H＞0
D．一定溫度下，反應2NaCl（s）＝2Na（s）+Cl2（g）的△H＜0，△S＞0
4．下列說法不正確的是（ ）。
A．反應2NH4Cl（s）+Ba（OH）2 8H2O（s）＝BaCl2（s）+2NH3（g）+10H2O（l）是一個顯著吸熱的反應，但在常溫下就能自發進行，其原因是該反應的△S＞0
B．已知：NH3（g）+HCl（g）＝NH4Cl（s）△H＜0，則該反應低溫下自發，高溫下非自發
C．反應2K（s）+2H2O（l）＝2K+（aq）+2OH－（aq）+H2（g）在高溫、低溫下都能自發進行
D．非自發反應就是不可能發生的反應，自發反應就是能較快進行的反應
5．（2021·許昌高二檢測）在732K時反應NH4Cl（s）＝NH3（g）+HCl（g）的△G（△G＝△H－T△S）為－20.8kJ·mol－1，△H為154kJ·mol－1，則反應的△S為（單位：J·mol－1·K－1）（ ）。
A．－587 B．587 C．239 D．－239
6．（2021·平頂山高二檢測）已知反應：
①CO（g）O2（g）+C（s） ΔH1＝+110.0kJ·mol－1
②2CO（g）+O2（g）2CO2（g） ΔH2＝－566.0kJ·mol－1
請回答下列問題：
（1）反應①的熵變ΔS________（填“＞”或“＜”）0。
（2）有人建議，汽車尾氣中的CO可用催化加熱分解的方法來消除（反應①），這一方案在理論上是否可行 ________（填“可行”或“不可行”）。
（3）反應②中的 H2是不是CO的燃燒熱 ________（填“是”或“不是”）。
（4）煤炭的充分燃燒也是建設環境友好型社會的一個重要方面，12gC（s）完全燃燒生成CO2（g）時，放出的熱量為________kJ。
7．已知2CO（g）CO2（g）+C（s），T＝980K時，ΔH－TΔS＝0。當體系溫度低于980K時，估計ΔH－TΔS的正負符號為________ __；當體系溫度高于980K時，ΔH－TΔS的正負符號為__________。在冶金工業中，以C作為還原劑，溫度高于980K時的氧化產物是以__________為主，低于980K時以__________為主。
8．已知298K時存在下列數據：
物質 Na2SO4·10H2O（s） Na2SO4（s） H2O（l）
△fH/ kJ·mol－1 －4324.08 －1384.49 －241.83
Na2SO4·10H2O（s）＝Na2SO4（s）+10H2O（l） △S＝1443.8J·mol－1·K－1。
（1）通過計算說明上述反應在298K、100kPa時______（填“能”或“不能”）自發進行。
（2）欲在100kPa時使上述反應體系發生逆轉，溫度的范圍是____________。

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