化學反應的方向

現(xiàn)代社會從環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展以及循環(huán)經(jīng)濟等方面不斷地對化學家提出更高的要求。為了滿足人類生存和發(fā)展的需要，化學家需要創(chuàng)造性地研究和設計新的化學反應。

一個化學反應在給定條件(通常指溫度、壓強)下能否自發(fā)進行以及在什么條件下有可能按預期的方向發(fā)生，僅用實驗方法來摸索可能要付出極大的代價，甚至會徒勞無功，因此有必要尋求一種客觀的判據(jù)，用它來判斷一個化學反應能否正向自發(fā)進行。

自發(fā)過程與自發(fā)反應

1.自發(fā)過程：

在一定條件下（T，P），不用借助于外力就可以自動進行的過程稱為自發(fā)過程

2.自發(fā)反應與非自發(fā)反應：

在給定的條件下，無需外力，一經(jīng)引發(fā)即能自動進行的反應，稱為自發(fā)反應

不能自發(fā)地進行，必須借助于某種外力才能進行的反應稱為非自發(fā)反應

問題：自發(fā)反應不需要任何條件就能發(fā)生嗎?

常見的自發(fā)過程和自發(fā)反應：

(1)自然界中水總是從高處往低處流

(2)電流總是從電勢高的地方向電勢低的地方流動

(3)室溫下冰塊自動融化

(4)鐵器暴露在潮濕的空氣中會生銹

(5)Zn與CuSO4溶液反應生成Cu和ZnSO4是自發(fā)過程，其逆反應是非自發(fā)過程

自發(fā)反應與焓變的關系

分析下列反應進行的方向與△H之間的關系

發(fā)反應與焓變的關系：

大多數(shù)放熱反應可以自發(fā)進行，但也有很多吸熱反應能自發(fā)進行，因此，反應焓變是與反應進行的方向有關的因素之一，但不是決定反應能否自發(fā)進行的唯一因素 。

反應焓變與反應方向

混亂度及自發(fā)過程：H2和Cl2的擴散實驗如圖所示。

(1)實驗操作及現(xiàn)象：如圖所示，兩個廣口瓶中分別盛有H2和Cl2，開始時中間用玻璃片隔開，當抽掉玻璃片后，可觀察到盛放CI2的瓶內(nèi)氣體顏色逐漸變淺，而盛放H2的瓶內(nèi)顯現(xiàn)出了淺黃綠色，最后兩瓶中的顏色相同。

(2)原因解釋：不需要外界的任何作用氣體通過分子的擴散自發(fā)地混合均勻，體系的混亂度增加。

熵（S）的概念

1.自發(fā)過程的體系趨向于由有序轉變?yōu)闊o序，體系的混亂度增大。

體系的混亂度常用熵來描述，熵的概念是表示體系的混亂或無序程度的物理量，其符號為S。熵值越大，體系的混亂度越大。

2.影響熵大小的因素

(1)同一條件下，不同的物質熵值不同。

(2)同一物質的熵與其聚集狀態(tài)及外界條件有關，如對同一種物質不同狀態(tài)時熵值大小為S(g)>S(l)>S(s)。

(3)物質的量越大，分子數(shù)越多，熵值越大。

熵變（△S）的概念

1.熵變：反應前后體系熵的變化，符號為△S。

反應熵變(△S)=生成物總熵-反應物總熵

2.常見的熵增加過程：固體的溶解過程、氣體的擴散過程、水的汽化過程及墨水的擴散過程都是體系混亂度增大的過程，即熵增加過程。

3.產(chǎn)生氣體或氣體物質的量增大的反應，熵變通常都是正值，為熵增加反應。

4.熵判據(jù)(熵增原理)：自發(fā)過程的體系趨向于由有序轉變?yōu)闊o序，導致體系的熵增加，這一經(jīng)驗規(guī)律叫做熵增原理，也就是判斷反應進行方向的熵判據(jù)。

5.反應熵變(△S)是與反應進行的方向有關的因素之一，但不是決定反應能否自發(fā)進行的唯一因素。

上述反應為熵減少的反應，但在一定條件下，該反應也能自發(fā)進行。說明“熵判據(jù)”也具有一定的局限性。

(人教版補充)事實上，只有孤立體系(與環(huán)境既沒有物質交換也沒有能量交換)或者絕熱體系(與環(huán)境既沒有物質交換也沒有熱量交換)，自發(fā)過程才向著熵增的方向進行。

用焓變與熵變綜合判斷反應方向

焓變(△H)和熵變(△S)都與反應的自發(fā)性有關，卻又都不能獨立地作為反應自發(fā)性的判據(jù)。要判斷反應進行的方向，必須綜合考慮體系的焓變和熵變。

體系的自由能變化( △G, kJ/mol)是由焓判據(jù)和熵判據(jù)組合成的復合判據(jù)。它不僅與△H、△S有關，還與溫度T有關，其表達式為△G=△H - T△S。研究表明，在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，其規(guī)律是：

總結