化学反应的基本类型学过哪两种(化学反应的方向)
大家好,今天我们要一起来学习比较抽象的一个知识点:化学反应的方向。
我们都知道在自然界或者是实际的生产、生活当中呢,有一些过程是自发进行的,而且是有一定的方向性的。比如水总是自发的从高处流向低处,而相反,要想水从低处流向高处是不能自发进行的,它需要借助例如抽水机这样的外力啊。回到化学这个话题上,有些反应也是自发进行的,而且是具有方向性的。那么我们今天就要来学习怎样判断化学反应自发进行的方向。
这里需要跟大家介绍一个概念,自发过程指的是在一定条件下不需要借助外力,例如光、电这样的作用就可以自动进行的过程。相反,不会自然发生的,比如需要持续地借助外力才能进行的过程叫做非自发过程。关于这个概念会有两点注意事项。第一点,一定要分清,我们的化学反应是有外部条件的,比如说在一定的条件下,而有些反应是不需要外部条件的,比如酸、碱中和反应,无需任何的反应条件就可以自发地进行,那什么叫做需要持续借助外力的作用呢?例如说电解食盐水,那我们就需要持续地去借助电的作用,才能够让这个反应发生。
在实验的过程中,我们发现大多数的放热反应都是可以自发进行的,所以这里需要提醒大家,并不是说氢气、氧气不需要任何条件就可以生成水。它是需要点燃或者是加热才可以生成水,但它依然是一个可以自发进行,只不过它不需要持续的外力。同时我们通过实验还知道,例如八水合氢氧化钡与氯化胺,没有需要任何的外力条件就可以自发进行。而这个反应是一个吸热的过程,同时碳酸铵分解成碳酸氢氨和氨气,以及五氧化二氮生成二氧化氮和氧气,这些反应虽然都是吸热的,却依然是一个自发的过程,所以我们不能只根据放热或者是吸热来判断化学反应的方向。
除了吸热反应、放热反应这一个条件之外,教材为我们介绍了一个新的概念,也是一个物理量,它叫做熵。比如在密闭的一种条件下,体系从有序的、自发的转变成无序的,这样的倾向我们可以用熵去衡量,就是混乱程度。混乱程度用s去表示,也就是熵低代表很整齐,混乱度很小,而熵高代表很混乱,从熵低变熵高的过程,△S会大于零。
我们会观察到无论是水自发的进行,还是放热反应或吸热反应,这些都是自发的从混乱度小、有序的状态变成混乱度大、无序的状态进行的。
那我们再以一些化学方程式为例来解释熵增的过程。比如这里面方程式展示到的锌是固态、硫酸是液态、硫酸锌是液态、氢气是气态、氯酸钾是固态,氯化钾是固态,而氧气是气态。所谓的熵增就是混乱度,它会越来变得越大。但是有些熵减的过程也是自发的,比如乙烯聚合成聚乙烯的过程,虽然混乱度在减小,但是它可以自发的进行。而且屏幕上方展示的这两个方程式虽然也在熵减,但是都是可以自发进行的。
最熟悉的就是氢氧化铁变成氢氧化亚铁的过程,这是一个明显的熵减过程,可是它可以自发地进行。由此我们得到的这样的结论,不能只根据熵增或熵减来判断化学反应进行的方向。
上面的内容总结下来,我们会观察到自发反应的方向除了跟焓变有关,还和熵变有关。但是单独地去看焓变或者是熵变,又不可以作为自发进行的判断依据。教材当中给我们一个资料卡片,自由能和化学反应的方向。其实是要综合考虑体系的焓变和熵变,它也叫做自由能的变化,有兴趣的同学可以仔细的去研读一下大学的内容,或者是以这个资料、卡片为内容进行研究。
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