第 四 節(jié) 化 學(xué) 反 應(yīng) 進(jìn) 行 的 方 向 問 題 :科 學(xué) 家 是 怎 樣 根 據(jù) 什 么 原 理 來 判 斷 一 個 化 學(xué) 反 應(yīng) 能 否 發(fā) 生 ？ 科 學(xué) 家 根 據(jù) 體 系 存 在 著 力 圖 使 自 身 能 量“ 最 低 ” 和 由 “ 有 序 ” 變 “ 無 序 ” 的 自然 現(xiàn) 象 ， 提 出 了 相 關(guān) 聯(lián) 的 能 量 判 椐 和 熵判 椐 ， 為 最 終 解 決 上 述 問 題 提 供 了 依 據(jù) 。小 組 探 討 :不 借 助 外 力 自 發(fā) 進(jìn) 行 的 自 發(fā) 過 程 的 特 點(diǎn) 。 1、 能 量 判 椐 ： 體 系 趨 于 從 高 能 態(tài) 變 為 低 能 態(tài) 。問題：同學(xué)們在相互探討一下由“有序”變“無序”的自然現(xiàn)象，舉例說明。 2、 熵 判 椐 ： 在 密 閉 條 件下 ， 體 系 有 由 有 序 自 發(fā)地 變 為 無 序 的 傾 向 ?！办?” 是 德 國 物 理 學(xué) 家 克 勞 修 斯 在 年 創(chuàng) 造 的 一 個 術(shù) 語 ， 他用 它 來 表 示 任 何 一 種 能 量 在 空 間 中 分 布 的 均 勻 程 度 。 能 量 分 布 得 越均 勻 ， 熵 就 越 大 。 如 果 對 于 我 們 所 考 慮 的 那 個 系 統(tǒng) 來 說 ， 能 量 完 全均 勻 地 分 布 ， 那 么 ， 這 個 系 統(tǒng) 的 熵 就 達(dá) 到 最 大 值 。 熱 力 學(xué) 第 二 定 律 告 訴 我 們 ， 能 量 轉(zhuǎn) 換 只 能 沿 著 一 個 方 向 進(jìn) 行 ，總 是 從 高 能 量 向 低 能 量 轉(zhuǎn) 換 ， 從 有 序 到 無 序 ， 人 類 利 用 這 個 過 程 讓 能 量 做 功 ， 同 時 系 統(tǒng) 的 熵 增 加 ， 熵 是 一 個 描 述 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的 函 數(shù) 。 熵增 加 的 過 程 ， 就 意 味 著 能 量 耗 散 了 ， 從 有 用 的 能 量 轉(zhuǎn) 化 向 對 人 類 無用 的 能 量 。 思 考 1： 氣 態(tài) 、 固 態(tài) 、 液 態(tài) 三 者 熵 值 大 小 。熵 值 ： 氣 態(tài) 液 態(tài) 固 態(tài) 。根 據(jù) 熵 判 椐 ， 在 密 閉 條 件 下 ， 體 系 有 由 有 序 自 發(fā)地 變 為 無 序 的 傾 向 。 氣 態(tài) 熵 值 大 ， 反 應(yīng) 沿 著 從 有序 到 無 序 方 向 進(jìn) 行 。思 考 2： 發(fā) 生 離 子 反 應(yīng) 條 件 之 一 是 產(chǎn) 生 氣 體 ， 利用 熵 判 椐 進(jìn) 行 解 釋 ？ 早 在 一 個 世 紀(jì) 之 前 ， 在 無 數(shù) 化 學(xué) 家 的 辛 勤 努 力 下 ， 發(fā) 現(xiàn) 絕大 多 數(shù) 放 熱 的 化 學(xué) 反 應(yīng) 都 能 自 發(fā) 地 進(jìn) 行 。 因 此 提 出 用 反 應(yīng)的 焓 變 （ H） 作 為 判 斷 反 應(yīng) 自 發(fā) 性 的 依 據(jù) 。 這 樣 就 得 出 ：若 H 0， 正 向 反 應(yīng) 能 自 發(fā) 進(jìn) 行 ； 若 H 0， 正 向 反 應(yīng) 不能 自 發(fā) 進(jìn) 行 ， 而 逆 向 反 應(yīng) 能 自 發(fā) 進(jìn) 行 。 并 進(jìn) 一 步 提 出 ， H的 負(fù) 值 越 大 ， 放 熱 越 多 ， 則 反 應(yīng) 越 完 全 。 因 為 反 應(yīng) 進(jìn)行 時 若 放 熱 ， 則 體 系 的 能 量 必 然 降 低 。 放 出 的 熱 量 越 多 ，則 體 系 的 能 量 降 低 得 越 多 。 因 此 ， 反 應(yīng) 體 系 有 趨 向 于 最 低能 量 狀 態(tài) 的 傾 向 。3、 焓 變 （ H） 作 為 判 斷 反 應(yīng) 自 發(fā) 性 的 依 據(jù) ： 若 H 0， 正 向 反 應(yīng) 能 自 發(fā) 進(jìn) 行 ； 若 H 0， 正 向反 應(yīng) 不 能 自 發(fā) 進(jìn) 行 ， 而 逆 向 反 應(yīng) 能 自 發(fā) 進(jìn) 行 。熵 值 作 為 判 斷 反 應(yīng) 自 發(fā) 性 的 依 據(jù) ： 在 化 學(xué) 變 化 中 ，體 系 趨 向 于 最 大 無 序 的 方 向 進(jìn) 行 。 強(qiáng) 調(diào) ： 過 程 的 自 發(fā) 性 只 能 用 于 判 斷 過 程 的 方 向 ， 不能 確 定 過 程 一 定 會 發(fā) 生 和 過 程 發(fā) 生 的 速 率 。 在 實(shí) 際的 化 學(xué) 變 化 中 ， 體 系 趨 向 于 最 低 能 量 狀 態(tài) 的 傾 向 與體 系 趨 向 于 最 大 無 序 的 傾 向 有 時 會 出 現(xiàn) 矛 盾 。 判 斷某 種 變 化 是 否 能 夠 自 發(fā) 進(jìn) 行 ， 要 權(quán) 衡 這 兩 種 傾 向 ，有 時 可 能 是 最 低 能 量 為 主 要 因 素 ， 有 時 可 能 是 最 大無 序 起 了 主 導(dǎo) 作 用 ， 因 此 必 須 根 據(jù) 具 體 情 況 進(jìn) 行 具體 分 析 ， 做 出 切 合 實(shí) 際 的 結(jié) 論 。 反 應(yīng) 熱 熵 值 所 屬 反 應(yīng) 的 自 發(fā) 性 反 應(yīng) 舉 例放 熱放 熱吸 熱吸 熱 增 大減 小增 大減 小 任 何 溫 度 都 自 發(fā) 進(jìn) 行較 低 溫 時 自 發(fā) 進(jìn) 行高 溫 時 自 發(fā) 進(jìn) 行任 何 溫 度 都 不 能 自 發(fā) 進(jìn) 行 2H2O2（ l） =2H2O（ l） +O2（ g）N2（ g） +3H2（ g） =2NH3（ g）CaCO3（ s） =CaO（ s） +CO2（ g）結(jié) 束 語 ：由 能 量 判 椐 和 熵 判 椐 做 出 的 復(fù) 合 判 椐 更 適 合 于 所 有過 程 ， 這 些 內(nèi) 容 已 遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 超 出 初 等 化 學(xué) 的 要 求 ， 無 法用 有 限 的 篇 幅 來 闡 述 、 說 明 ， 只 能 給 同 學(xué) 們 留 下 言猶 未 盡 的 遺 憾 ， 希 望 同 學(xué) 們 通 過 大 學(xué) 課 程 進(jìn) 一 步 學(xué)習(xí) 。 再 見