化学自习室移动版

在新课程化学反应原理模块中增加了熵、焓、化学反应的方 向、化学平衡常数等知识。其优点是拓展了学生的知识面，使整个 知识系统完整,同时加深了学生对化学平衡,化学反应进行方向， 化学平衡进行的程度以及转化率深刻的理解。其不足是造成了教 师教学上的困难与学生学习上的困惑，增大了计算题的量,使学 生负担增大。尤其是熵、焓这两个概念本身不好理解，再加上要用 熵变、焓变判断反应方向就更加难以灵活应用了。鉴于此,本人就 熵、焓、熵变、焓变及反应方向的关系做如下辨析,望能对大家有 所帮助。

一、什么是焓

焓是物体的一个热力学能状态函数。

焓是一个状态函数，也就是说,系统的状态一定,焓的值就定了。

焓的定义式(物理意义)是这样的:H=U+pV[焓=系统内能+推动功]

其中U表不热力学能，也称为内能(InternalEnergy)，即系统内部 的所有能量；p是系统的压力(Pressure)，V是系统的体积(Volume)。

二、焓变与化学反应方向的关系

焓是体系的状态函数，因此一个反应从反应物到生成物状态 不同焓也不同，焓变的物理意义可以理解为恒压和只做体积功的。特殊条件下Q=ΔH，即反应的热量变化。因为只有在此条件下，焓 才表现出它的特性。例如恒压下对物质加热，则物质吸热后温度升高，ΔH>0，所以物质在高温时的焓大于它在低温时的焓。又如对于恒压下的放热化学反应，ΔH<0，所以生成物的焓小于反应物的焓。反应的焓变与反应方向有没有关系呢？事实上，体系总是趋向于从高能状态转变为低能状态，也就是说，反应会趋向于焓减少的方向。这一经验规律是焓判断的依据，即焓变是决定一个化学 反应能否自发进行的一个重要因素。

1.  多数能自发进行的化学反应是放热反应。（即焓减少的反 应，ΔH<0)

例如:在常温、常压下,氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应 就是一个自发的放热反应。其热化学方程式为：4Fe( OH )₂( S )＋2H₂O( 1 )＋O₂( g )=4Fe( OH )₃( S)  ΔH(298K)=－444.3 KJ/mol

再如:在常温、常压下,氢氧化钠溶液和盐酸的反应也是一个 自发的放热反应。其热化学方程式为：NaOH(aq)＋HCl(AQ )=NaCl( aq)＋H₂O( 1)  ΔH(298K)=－56 KJ/mol

2.     有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行,但在较髙温 度下却能自发进行。

例如:在室温和较高温度下均为吸热过程的CaC03的分解反应: CaC03(s)=Ca0(s)+Co2(g)  ΔH(298K)=+178.2 kj/mol

CaCO₃( S)=CaO( S )＋CO₂( g) ΔH(1200K)=＋176.5 KJ/mol

3.有不少吸热反应在室温条件下也能自发进行。

例如：2N₂O₅( g )=4NO₂( g )＋O₂( g)   ΔH(298K)=＋56.7 KJ/mol

反应放热(焓减)有利于反应自发进行’但反应吸热(焓增)也 有可能自发进行，这说明焓减原理只是解释反应能否自发进行有 关的一个因素，但不是唯一因素。

三、什么是熵

1864年，克劳修斯提出了熵(S)的概念，但它非常抽象，既看不见也摸不着，很难直接感觉到熵的物理意义。不少科学家为此而进行研究，1872年波尔兹曼首先对熵给予微观的解释，他认为： 在大量微粒(分子、原子、离子等)所构成的体系中，熵就代表了这些微粒之间无规则排列的程度，或者说熵代表了体系的混乱度。

可见熵是用来描述体系状态的，因此它也是状态函数，同时熵也 与体系所含物质的量有关。影响熵值的因素如下：

(1)   同一物质：S(高温）>S(低温）；S(低压）>S(高压）；S(g)>S(l)>S(s)

(2)   相同条件下的不同物质:分子结构越复杂，熵值越大。

(3)   S(混合物)>S(纯净物）

四、熵变与化学反应方向的关系

在同一条件下，不同的物质熵值不同，且同一物质的熵与其聚集状态及外界条件还有关。研究发现，一个孤立体系的自发过 程总是朝着熵增加的方向进行，当熵增加到最大时，体系达到平 衡,这叫熵增加原理。也就是说，在密闭的条件下，体系有从有序 自发转变为无序的倾向，该变化过程体系的熵增大。熵值越大，体 系的混乱程度越大。

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 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。

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)=Cao(s)+Co2(g)；C(s，石墨)+H₂O(g)=CO(g)＋H₂(g)

3.    有不少熵减小的反应，在一定条件下也可自发进行。

例如:2Al( s )＋Fe₂O(s)=Al₂O₃( s )＋2Fe(s)

熵增加有利于反应的自发进行，但熵减小的反应，在一定条 件下也可自发进行。故熵增原理是解释反应能否自发进行有关的 一个因素，但不是唯一因素。

五、焓变和熵变与化学反应进行的方向

一个化学反应能否自发进行，既与反应的焓变有关，又与反 应的熵变有关。一般来说体系能量减小和混乱度增加都能促使反 应自发进行，焓变和熵变共同制约着化学反应进行的方向，但焓 和熵都不是唯一因素，我们不能单纯地根据焓变或熵变来判断某个反应是否自发进行。在等温、等压条件下，化学反应的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的。化学反应自发进行的最终判据是吉布斯自由能变，自由能一般用△ G来表示。且△ G= ΔH-T ΔS: 当△ G<0时，反应向正反应方向能自发进行。当△ G=O时，反应达到平衡状态；当△ G>0时，反应不能向正反应方向自发进行。

需注意:1 .在讨论过程的方向问题时,指的是没有外界干扰时体系的性质。

2.    上述讨论都是定性的讨论，在后两种情况中，若改变温度， 也要考虑到不同温度下△ H和△ S自身的变化。

3.    化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应 进行的趋势,并不能说明在该条件下反应能否实际发生。