2020年选修4人教版重点问题讲解-自发过程和自发反应学案及训练

2020年选修4人教版第二章第四节重点问题讲解一自发过程和自发反应（学案及训练）【交流讨论】如图打开活塞，左侧水会自发地流向右侧，直到两边水面相平。.下列反应可以自发进行：NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)；2Na(s)+2H2O(l)===2NaOH(aq)+H2(g);2Al(s)+6HCl(aq)==2AlCl3(aq)+3H2(g);CaO(s)+H2O(l)==Ca(OH)2(aq)。上述反应是吸热反应还是放热反应？试从能量角度归纳自发反应的特征。提示这些反应都是放热反应，即体系趋向于从高能状态变为低能状态，这是自发反应的特征之一。.我们知道，固体硝酸铵溶于水要吸热，室温下冰块的溶解过程要吸热，Ba（OH）2.8H2O与NH4cl反应要吸热，这些过程或反应都是自发的，是什么因素决定它们能自发进行？试归纳自发反应的另一特征。提示上述自发过程或反应与能量状态的高低无关，受另一种能够推动体系变化的因素的影响，即体系有从有序自发地转变为无序的倾向，这是自发反应的特征之一。3、熵判据（1）熵：用来量度体系混乱程度的物理量。熵值越大，混乱程度越大。符号为S。⑵熵增原理：在与外界隔绝的体系中，自发过程将导致体系的熵增大，即熵变（符号AS）＞零。⑶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。⑷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，如：2KC103M△=22KCl+3O2t；CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2t等。②有些熵减的反应也可以自发进行，如：Ca(OH)2(aq)+CO2(g)===CaCO3(s)+H2O(l)。4.复合判据(1)复合判据为体系的自由能变化(符号为AG，单位为kJ・molT),综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自发进行方向的判断，AG=AH—TAS。⑵在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向AG=AH—TAS<0的方向进行，直到达平衡状态。类型AHAS反应的自发性1<0〉0AH—TAS<0,一定能自发进行2〉0<0AH—TAS〉0,一定不能自发进行3<0<0(AH—TAS)因温度的变化而可能大于0或小于0,反应自发性也因温度变化而改变。一般来说，低温时焓变影响为主，高温时熵变影响为主，AH<0,AS<0的反应在较低温度下能自发进行；AH〉0,AS〉0的反应在较高温度下能自发进行4〉0〉0⑵温度对反应进行方向的影响根据复合判据AH—TAS可知，反应熵变AS对化学反应方向的影响是与温度相关联的，因此温度也可以影响反应进行的方向。严格来讲，温度对反应的焓变与熵变都有影响，但是在焓变与熵变随温度变化不大的范围内，可以认为它们是定值。温度与反应进行方向的关系如图所示：例题：下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是()A.放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程B.4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)==4Fe(OH/(s)AH=—444.3kJ-mol-1AS=—280.1J-mol-i-K-1在常温常压下能自发进行C.在室温下碳酸钙的分解反应不能自发进行，但同样是这个吸热反应在较高温度(1200K)下则能自发进行D.放热过程(AH<0)或熵增加(AS>0)的过程一定是自发的答案D解析放热的自发过程可能熵减小，吸热的自发过程是熵增加的过程，A项正确；根据AG=AH-TAS=-444.3kJ-mol-1-298KX(-280.1X10.3kJ-mol-1-K-1)^-360.83kJ-mol-1<0，此时焓变对反应的方向起决定性作用，常温常压下能自发进行，B项正确；碳酸钙分解反应的AH>0且AS>0，同样根据AG=AH-TAS<0可知在高温下可自发进行，C项正确；焓减小或熵增的过程不一定都是自发进行的，有的反应需在外力作用下才能进行，D项错误。强化训练1、下列过程是非自发的是()A.水由高处向低处流B.煤炭的燃烧C.铁在潮湿空气中生锈口.室温下水结成冰解析自然界中水由高处向低处流、煤炭的燃烧、铁在潮湿空气中生锈、室温下冰的融化，都是自发过程，其逆向都是非自发的。答案D2、 吸热反应一定是()A.非自发的化学反应 B.释放能量C.储存能量 D.反应需要加热解析吸热反应有的是自发的，有的也不需要加热，如Ba(OH)2-8H2O与NH4C1的反应是自发的吸热反应。答案C3、下列说法正确的是()A.凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的B.自发反应的现象一定非常明显，非自发反应的熵一定减小C.常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的AH>0D.反应2Mg(s)+CO2(g)==C(s)+2MgO(s)能自发进行，则该反应的AH>0答案C解析不能仅仅根据焓变判断反应的自发性，放热反应不一定都是自发进行的，吸热反应也可能是自发进行的，A项错误；自发进行的反应，其现象不一定非常明显，非自发反应的熵不一定减小，B项错误；根据反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行可知，该反应的AH-TaAS>0,又知该反应AS>0,则该反应的AH>0,C项正确；反应2Mg(s)+CO2(g)===C(s)+2乂8。($)能自发进行，贝I」AH-TAS<0，因AS<0，贝UAH<0,D项错误。4.下列过程的方向能用焓判据判断的是()A.湿的衣服经过晾晒变干B.硝酸铵溶于水C.水蒸气凝结成水D.CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)AH>0答案C解析湿衣服晾晒变干是衣服中的水吸收能量变为水蒸气的过程，不能用焓判据判断；硝酸铵溶于水为熵增加的过程，不能用焓判据判断；水蒸气凝结为水放出热量，可用焓判据判断；CaCO3分解为吸热反应，不能用焓判据判断。5.下列对熵变的判断中不正确的是()A.少量的食盐溶于水中：AS>0B.炭和氧气反应生成CO(g)：AS>0C.气态水变成液态水：AS>0D.CaCO3(s)受热分解为CaO(s)ffCO2(g)：AS>0答案C解析食盐溶于水是典型的熵增加过程；2c(s)+O2(g)===2CO(g),气体的物质的量增大，为熵增加的反应；气态水变成液态水是体系混乱度减小的过程，为熵减小的过程；CaCO3(s)的分解产生了气体，为熵增加的反应。5、25℃和1.01X105Pa时，反应：2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g)AH=+56.7kJ.mol-1能自发进行，其原因是()A.该反应是吸热反应 B.该反应是放热反应C.该反应是熵减小的反应 D.熵增效应大于能量效应答案D解析根据熵判据，该反应是熵增反应，能自发进行；根据焓判据，该反应是吸热反应，不能自发进行。事实上该反应能自发进行，说明熵增效应大于能量效应。6.现有反应：2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)AH>0,下列有关说法正确的是()A.AH>0的化学反应一定不能自发进行B.该反应熵增大(即AS>0)C.该反应在任何条件下一定能自发进行D.自发过程一定使体系的熵增大答案B解析AH>0的化学反应也有能自发进行的，A项错误；B项正确；该反应只有在高温条件下才能自发进行，C项错误；自发过程也有使体系的熵减小的，D项错误。.已知：(NHdUCOKs^uuNqHCOs^+NHKg)AH=+74.9kJ-mol-1,下列说法正确的是()A.该反应中熵变、焓变皆大于0.该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行C.碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定能自发进行D.能自发进行的反应一定是放热反应，不能自发进行的反应一定是吸热反应答案A解析根据反应方程式可知该反应中熵变、焓变都大于0,A项正确；该反应是吸热反应，但也是熵增大的反应，所以也可能自发进行，B项错误；碳酸盐分解反应中熵增加，但不是在任何条件下碳酸盐分解都能够自发进行，如CaCO3的分解仅在高温下自发，C项错误；能自发进行的反应不一定是放热反应，不能自发进行的反应也不一定是吸热反应，D项错误。8、实现“节能减排”和“低碳经济”的一个重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用 CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应： CO2(g)+3H2(g)=CH30H(g)+H2O(g),如图表示该反应过程中能量(单位为kJ-molT)的变化。关于该反应的下列说法中，正确的是()A.AH>0,AS>0 B.AH>0,AS<0C.AH<0,AS<0 D.AH<0,AS>0答案C解析根据反应过程中能量变化的情况可知反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，AH<0；该反应发生后气体的物质的量减小，AS<0O9、已知一个可逆反应，若正反应为自发过程，则其逆反应为非自发过程，反之，亦然。(1)已知2CO(g)nCO2(g)+C(s),T=980K时，AH—TAS=0。当体系温度低于980K时，估计AH—TAS0(填“大于”“小于”或“等于"，下同)；当体系温度高于980K时，估计AH—TAS0。⑵电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应为SiO2(s)+4HF(g)==SiR(g)+2H2O(g)AH(298.15K)=—94.0kJ-mol-1、AS(298.15K)=—75.8J-mol-1-K-1,设AH和AS不随温度而变化，则此反应自发进行的温度范围是。答案(1)小于大于(2)T<1240K解析(1)C(s)+CO2(g) 2CO(g)的反应为吸热反应，AH>0，则2C