【化学平衡】化学反应的方向

化学反应的方向

现代社会从环境保护、可持续发展以及循环经济等方面不断地对化学家提出更高的要求。为了满足人类生存和发展的需要，化学家需要创造性地研究和设计新的化学反应。

一个化学反应在给定条件(通常指温度、压强)下能否自发进行以及在什么条件下有可能按预期的方向发生，仅用实验方法来摸索可能要付出极大的代价，甚至会徒劳无功，因此有必要寻求一种客观的判据，用它来判断一个化学反应能否正向自发进行。

自发过程与自发反应

1.自发过程：

在一定条件下（T，P），不用借助于外力就可以自动进行的过程称为自发过程

2.自发反应与非自发反应：

在给定的条件下，无需外力，一经引发即能自动进行的反应，称为自发反应

不能自发地进行，必须借助于某种外力才能进行的反应称为非自发反应

问题：自发反应不需要任何条件就能发生吗?

常见的自发过程和自发反应：

(1)自然界中水总是从高处往低处流

(2)电流总是从电势高的地方向电势低的地方流动

(3)室温下冰块自动融化

(4)铁器暴露在潮湿的空气中会生锈

(5)Zn与CuSO4溶液反应生成Cu和ZnSO4是自发过程，其逆反应是非自发过程

自发反应与焓变的关系

分析下列反应进行的方向与△H之间的关系

发反应与焓变的关系：

大多数放热反应可以自发进行，但也有很多吸热反应能自发进行，因此，反应焓变是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素 。

反应焓变与反应方向

混乱度及自发过程：H2和Cl2的扩散实验如图所示。

(1)实验操作及现象：如图所示，两个广口瓶中分别盛有H2和Cl2，开始时中间用玻璃片隔开，当抽掉玻璃片后，可观察到盛放CI2的瓶内气体颜色逐渐变浅，而盛放H2的瓶内显现出了浅黄绿色，最后两瓶中的颜色相同。

(2)原因解释：不需要外界的任何作用气体通过分子的扩散自发地混合均匀，体系的混乱度增加。

熵（S）的概念

1.自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，体系的混乱度增大。

体系的混乱度常用熵来描述，熵的概念是表示体系的混乱或无序程度的物理量，其符号为S。熵值越大，体系的混乱度越大。

2.影响熵大小的因素

(1)同一条件下，不同的物质熵值不同。

(2)同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，如对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s)。

(3)物质的量越大，分子数越多，熵值越大。

熵变（△S）的概念

1.熵变：反应前后体系熵的变化，符号为△S。

反应熵变(△S)=生成物总熵-反应物总熵

2.常见的熵增加过程：固体的溶解过程、气体的扩散过程、水的汽化过程及墨水的扩散过程都是体系混乱度增大的过程，即熵增加过程。

3.产生气体或气体物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加反应。

4.熵判据(熵增原理)：自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增加，这一经验规律叫做熵增原理，也就是判断反应进行方向的熵判据。

5.反应熵变(△S)是与反应进行的方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。

上述反应为熵减少的反应，但在一定条件下，该反应也能自发进行。说明“熵判据”也具有一定的局限性。

(人教版补充)事实上，只有孤立体系(与环境既没有物质交换也没有能量交换)或者绝热体系(与环境既没有物质交换也没有热量交换)，自发过程才向着熵增的方向进行。

用焓变与熵变综合判断反应方向

焓变(△H)和熵变(△S)都与反应的自发性有关，却又都不能独立地作为反应自发性的判据。要判断反应进行的方向，必须综合考虑体系的焓变和熵变。

体系的自由能变化( △G, kJ/mol)是由焓判据和熵判据组合成的复合判据。它不仅与△H、△S有关，还与温度T有关，其表达式为△G=△H - T△S。研究表明，在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，其规律是：

总结