【化學平衡】化學反應的方向


研究化學反應方向的重要性:設計新的化學反應,需要判斷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。

小球落地和氣體分子擴散都是自發(fā)進行的,不依靠外力作用

CaCO3=Cao+CO2在常溫下不自發(fā)反應,高溫下自發(fā)進行,(老師你說的意思是雖然它是自發(fā)反應,但要判斷它是否自發(fā)進行,還需要判斷溫度和壓強嗎)
1.自發(fā)反應要發(fā)生需要條件,如果沒有足夠的動力條件,反應自發(fā)進行的極其緩慢,相當于不發(fā)生
2.熱力學上看的是反應否有潛力自發(fā),動力學是自發(fā)反應啟動的關(guān)鍵。
3.關(guān)于外力的理解:(1)溫度,點燃等條件不是外力,只是啟動自發(fā)反應的必要因素,自發(fā)反應只是有潛力發(fā)生,但如果動力條件不足也無法發(fā)生,溫度和點燃是動力的來源,加快了反應速率并未對物質(zhì)造成本質(zhì)上的影響(化學鍵之類的影響)。
(2)非自發(fā)反應在外力條件下能發(fā)生,電解這個外力就造成了化學鍵段裂所以為非自發(fā)反應,


自發(fā)反應與焓變的關(guān)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(guān)的因素之一,但不是決定反應能否自發(fā)進行的唯一因素
概括:焓變不是單獨決定反應方向的因素,而是和其它因素共同決定。


該過程為自發(fā)的從混亂度小(有序)混亂度大(無序)的過程

熵(S)的概念
1.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(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),如對同一種物質(zhì)不同狀態(tài)時熵值大小為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)杰哥的話的可能錯點,食物在胃中被消化吸收聚集在一塊可能是熵增過程,但排泄物只是沒被吸收的物質(zhì)吧,不比原來少就不錯了。)

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(zhì)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(zhuǎn)變?yōu)?strong class="ql-bg-#89d4ff">無序,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(guān)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。
該反應中的焓值超過了熵減的影響,使反應能自發(fā)進行。△G=△H - T△S能夠解釋 (焓值小于0,溫度與熵值相乘為負數(shù),負的減負的只有焓值的絕對值大自由能才小于0反應能自發(fā)進行)
(人教版補充)事實上,只有孤立體系(與環(huán)境既沒有物質(zhì)交換也沒有能量交換)或者絕熱體系(與環(huán)境既沒有物質(zhì)交換也沒有熱量交換),自發(fā)過程才向著熵增的方向進行。
對這段話的理解:有能量熱量交換,熵增還是熵減都有反應都有可能自發(fā)進行因為還有焓值的影響根據(jù)△G=△H - T△S這個公式即可判斷,自由能小于0即使熵減反應也自發(fā)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(guān),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(guān),還與溫度T有關(guān),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:如圖
- 總結(jié)
