化學(xué)反應(yīng)的方向

魯科版情境導(dǎo)入l我們?yōu)槭裁匆獙W(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)方向

現(xiàn)代社會(huì)從環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)等方面不斷地對(duì)化學(xué)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(xué)家需要?jiǎng)?chuàng)造性地研究和設(shè)計(jì)新的化學(xué)反應(yīng)。

一個(gè)化學(xué)反應(yīng)在給定條件(通常指溫度、壓強(qiáng))下能否自發(fā)進(jìn)行以及在什么條件下有可能按預(yù)期的方向發(fā)生，僅用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)摸索可能要付出極大的代價(jià)，甚至?xí)絼跓o(wú)功，因此有必要尋求一種客觀的判據(jù)，用它來(lái)判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)能否正向自發(fā)進(jìn)行。

自發(fā)過(guò)程與自發(fā)反應(yīng)

1.自發(fā)過(guò)程：

在一定條件下（T，P），不用借助于外力就可以自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程稱為自發(fā)過(guò)程

2.自發(fā)反應(yīng)與非自發(fā)反應(yīng)：

在給定的條件下，無(wú)需外力，一經(jīng)引發(fā)即能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)，稱為自發(fā)反應(yīng)

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

問(wèn)題：自發(fā)反應(yīng)不需要任何條件就能發(fā)生嗎?

• 常見(jiàn)的自發(fā)過(guò)程和自發(fā)反應(yīng)：

(1)自然界中水總是從高處往低處流

(2)電流總是從電勢(shì)高的地方向電勢(shì)低的地方流動(dòng)

(3)室溫下冰塊自動(dòng)融化

(4)鐵器暴露在潮濕的空氣中會(huì)生銹

(5)Zn與CuSO4溶液反應(yīng)生成Cu和ZnSO4是自發(fā)過(guò)程，其逆反應(yīng)是非自發(fā)過(guò)程

自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系

分析下列反應(yīng)進(jìn)行的方向與△H之間的關(guān)系

自發(fā)反應(yīng)與焓變的關(guān)系：

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

反應(yīng)熵變與反應(yīng)方向

混亂度及自發(fā)過(guò)程：H2和Cl2的擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)如圖所示。

(1)實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象：如圖所示，兩個(gè)廣口瓶中分別盛有H2和Cl2，開(kāi)始時(shí)中間用玻璃片隔開(kāi)，當(dāng)抽掉玻璃片后，可觀察到盛放CI2的瓶?jī)?nèi)氣體顏色逐漸變淺，而盛放H2的瓶?jī)?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(guò)分子的擴(kuò)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(guò)程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)?strong class="ql-bg-#89d4ff">無(wú)序，體系的混亂度增大。

體系的混亂度常用熵來(lái)描述，熵的概念是表示體系的混亂或無(wú)序程度的物理量，其符號(hào)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(zhì)熵值不同。

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

(3)物質(zhì)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(yīng)前后體系熵的變化，符號(hào)為△S。

反應(yīng)熵變(△S)=生成物總熵-反應(yīng)物總熵

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

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

4.熵判據(jù)(熵增原理)：自發(fā)過(guò)程的體系趨向于由有序轉(zhuǎn)變?yōu)?strong class="ql-bg-#89d4ff">無(wú)序，導(dǎo)致體系的熵增加，這一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律叫做熵增原理，也就是判斷反應(yīng)進(jìn)行方向的熵判據(jù)。

5.反應(yīng)熵變(△S)是與反應(yīng)進(jìn)行的方向有關(guān)的因素之一，但不是決定反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的唯一因素。

上述反應(yīng)為熵減少的反應(yīng)，但在一定條件下，該反應(yīng)也能自發(fā)進(jìn)行。說(shuō)明“熵判據(jù)”也具有一定的局限性。

(人教版補(bǔ)充)事實(shí)上，只有孤立體系(與環(huán)境既沒(méi)有物質(zhì)交換也沒(méi)有能量交換)或者絕熱體系(與環(huán)境既沒(méi)有物質(zhì)交換也沒(méi)有熱量交換)，自發(fā)過(guò)程才向著熵增的方向進(jìn)行。

用焓變與熵變綜合判斷反應(yīng)方向

• 焓變(△H)和熵變(△S)都與反應(yīng)的自發(fā)性有關(guān)，卻又都不能獨(dú)立地作為反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)。要判斷反應(yīng)進(jìn)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(fù)合判據(jù)。它不僅與△H、△S有關(guān)，還與溫度T有關(guān)，其表達(dá)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(jié)