【化學(xué)平衡】化學(xué)反應(yīng)的方向

研究化學(xué)反應(yīng)方向的重要性:設(shè)計(jì)新的化學(xué)反應(yīng),需要判斷一個(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。
小球落地和氣體分子擴(kuò)散都是自發(fā)進(jìn)行的,不依靠外力作用
CaCO3=Cao+CO2在常溫下不自發(fā)反應(yīng),高溫下自發(fā)進(jìn)行,(老師你說(shuō)的意思是雖然它是自發(fā)反應(yīng),但要判斷它是否自發(fā)進(jìn)行,還需要判斷溫度和壓強(qiáng)嗎)
1.自發(fā)反應(yīng)要發(fā)生需要條件,如果沒(méi)有足夠的動(dòng)力條件,反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的極其緩慢,相當(dāng)于不發(fā)生
2.熱力學(xué)上看的是反應(yīng)否有潛力自發(fā),動(dòng)力學(xué)是自發(fā)反應(yīng)啟動(dòng)的關(guān)鍵。
3.關(guān)于外力的理解:(1)溫度,點(diǎn)燃等條件不是外力,只是啟動(dòng)自發(fā)反應(yīng)的必要因素,自發(fā)反應(yīng)只是有潛力發(fā)生,但如果動(dòng)力條件不足也無(wú)法發(fā)生,溫度和點(diǎn)燃是動(dòng)力的來(lái)源,加快了反應(yīng)速率并未對(duì)物質(zhì)造成本質(zhì)上的影響(化學(xué)鍵之類(lèi)的影響)。
(2)非自發(fā)反應(yīng)在外力條件下能發(fā)生,電解這個(gè)外力就造成了化學(xué)鍵段裂所以為非自發(fā)反應(yīng),
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
概括:焓變不是單獨(dú)決定反應(yīng)方向的因素,而是和其它因素共同決定。
該過(guò)程為自發(fā)的從混亂度小(有序)混亂度大(無(wú)序)的過(guò)程
熵(S)的概念
1.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。(發(fā)現(xiàn)杰哥的話的可能錯(cuò)點(diǎn),食物在胃中被消化吸收聚集在一塊可能是熵增過(guò)程,但排泄物只是沒(méi)被吸收的物質(zhì)吧,不比原來(lái)少就不錯(cuò)了。)
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。
該反應(yīng)中的焓值超過(guò)了熵減的影響,使反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。△G=△H - T△S能夠解釋 (焓值小于0,溫度與熵值相乘為負(fù)數(shù),負(fù)的減負(fù)的只有焓值的絕對(duì)值大自由能才小于0反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行)
(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。
對(duì)這段話的理解:有能量熱量交換,熵增還是熵減都有反應(yīng)都有可能自發(fā)進(jìn)行因?yàn)檫€有焓值的影響根據(jù)△G=△H - T△S這個(gè)公式即可判斷,自由能小于0即使熵減反應(yīng)也自發(fā)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:如圖
- 總結(jié)