化学反应进行的方向(知识点总结)

化学反应进行的方向

【学习目标】

1、了解放热反应的自发性和某些吸热过程的自发性；

2、能用焓变和熵变判断化学反应的方向。

【要点梳理】

要点一、自发过程与自发反应

1、自发过程

①含义：在一定条件下，不用借助外力就可以自发进行的过程。

②分类

a．体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)。

b．在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向。

④实例

a．自然界中，水由高处往低处流，而不会自动从低处往高处流。

b．物理学中，电流总是从电位高的地方向电位低的地方流动。

c．日常生活中，气温升高，冰雪自动融化。

2、自发反应

在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的反应。

3、自发过程和自发反应的特点

①具有方向性，如果某个方向的反应在一定条件下是自发的，则其逆方向的反应在该条件下肯定不自发，如铁器暴露于潮湿的空气中会生锈是自发的，而铁锈变为铁在该条件下肯定不是自发的。

②要想使非自发过程发生，则必须对它做功，如利用水泵可使水从低处升到高处，通电可将水分解生成氢气和氧气。

4、自发过程和自发反应的应用

自发过程和自发反应可被利用来完成有用功。如向下流动的水可推动机器，甲烷可在内燃机中被用来做功，锌与CuSO4溶液的反应可被设计成原电池，可根据氢气的燃烧反应设计成燃料电池等。

要点诠释：过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率。

如涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同的，但只有后者可以实现。

要点二、化学反应进行方向的判据

1、焓判据

①概念：体系总是趋向于从高能状态转化为低能状态(这时体系往往会对外部做功或释放能量)，该判据又称能量判据。

②应用：由焓判据知，放热过程(ΔH＜0)常常是容易自发进行的。

③焓判据的局限性

2N2O5 (g)==4NO2 (g)+O2 (g) ΔH=+56.7 kJ·mol－1

(NH4)2CO3 (s)==NH4HCO3 (s)+NH3(g) ΔH=+74.9 kJ·mol－1

以上两个反应都是吸热反应，但是也可以自发进行。因此焓变是影响反应自发进行的因素，但不是唯一因素。

2、熵判据

①熵

a．概念：表示体系的不规则或无序状态程度的物理量，熵的符号为S，单位J/(mol·K)。

b．实质：用来描述体系的“混乱度”，是物质的一个状态函数，熵值越大，体系的混乱度越大。

c．影响熵大小的因素

Ⅰ．同一条件下，不同的物质熵值不同。

Ⅱ．同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关。一般地，对同一物质而言：S (g)＞S (1)＞S (s)。

②熵判据

a．熵增原理

在与外界隔离的体系中，自发过程的体系趋向于由有序转变为无序，导致体系的熵增大，这一经验规律叫做熵增原理。在用来判断过程的方向时，就称为熵判据。

b．应用：由熵判据知，熵增(ΔS＞0)的过程常常是自发进行的。

c．局限性

少数熵减小的过程，在一定条件下也可以自发进行。如-10℃的液态水会自动结冰成为固态，就是熵减的过程(但它是放热的)；2Al (s)+Fe2O3 (s)==Al2O3(s)+2Fe (s) ΔS=－39.35 J/(mol·K)，该反应是熵减过程，但在高温时能自发进行。

熵变是影响反应自发进行的又一个因素，但也不是唯一因素。

要点三、决定和影响化学反应进行方向的因素

1、化学反应的方向与焓变的关系

①多数能自发进行的反应是放热反应。

例如：在常温、常压下，Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3的反应是自发的，反应放热

4Fe(OH)2(s)+2H2O(1)+O2(g)==4Fe(OH)3 (s) ΔH=－444.3 kJ/mol

②有些吸热反应也能自发进行。

例如：NH4HCO3 (s)+CH3COOH (aq)==CO2 (g)+CH3COONH4 (aq)+H2O (1) ΔH=+37.30 kJ/mol

③有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。

例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。

CaCO3 (s)==CaO (s)+CO2 (g)

ΔH(298 K)=+178.2 kJ/mol

ΔH(1200 K)=+176.5 kJ/mol

2、化学反应的方向与熵变的关系

反应的熵变ΔS为产物总熵与反应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。

①许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应、气体物质的物质的量增大的反应，熵变通常都是正值，为熵增加的反应。

例如：2H2O2 (aq)==2H2O (1)+O2 (g)

②有些熵增加的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。

例如：CaCO3 (s)高温CaO (s)+CO2 (g)

C (s)+H2O (g)高温CO (g)+H2 (g)

③铝热反应是熵减小的反应，它在一定条件下也可以自发进行。

2Al (s)+Fe2O3 (s)==Al2O3 (s)+2Fe (s)

任何反应体系都有趋向于从高能状态转变为低能状态和从有序自发地转变为无序的倾向。因此影响和决定化学反应进行方向的因素是焓变和熵变。

要点四、复合判据

1、复合判据(自由能判据)

在温度、压强一定的条件下，自发反应总是向ΔG=ΔH－TΔS＜0的方向进行，直到达平衡状态。

2、复合判据与反应能否自发进行的关系

ΔG=ΔH－TΔS＜0反应能自发进行

ΔG=ΔH－TΔS=0反应达到化学平衡状态

ΔG=ΔH－TΔS＞0反应不能自发进行

3、应用

4、理解复合判据应注意以下四点：

①焓变与熵变共同影响一个化学反应在一定条件下能否自发进行。

②焓和熵的变化都只取决于体系的始态和终态，与变化的途径无关。