一、自发过程与自发反应

1.1 自发过程与自发反应

  1. 含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。自然界中一些典型的自发过程，比如水往低处流。一般来说，如果一个过程是自发的，那么它的逆过程往往是非自发的。
  2. 特征 ：\(\ce{高能状态 ->[对外做功或散热] 低能状态}\) ; \(\ce{有序状态-> 无序状态}\)

1.2 自发反应与非自发反应

  1. 自发反应：在一定条件下可以自发地进行到显著程度的化学反应，就称为自发反应
  2. 非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行的反应
  3. 特点：自发反应是自发过程的一种，因此具有自发过程的特征

二、焓判据

  1. 能自发进行的化学反应多数是放热反应，\(\ce{\Delta H <0}\)
  2. 有些吸热反应在室温下能自发进行，还有一些吸热反应在较高温度下能自发反应
  3. 反应焓变是与化学反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一的因素，因此不能只依据焓判据判断化学反应进行的方向

三、熵判据

3.1熵的内容

  1. 定义 ：用来衡量体系混乱程度的物理量，符号为\(\ce{S}\) ,单位通常为 \(\ce{J\cdot mol^{-1} \cdot K^{-1}}\) 。特点是，混乱度越大，体系越无序，体系的熵值就越大
  2. 影响熵大小的因素 ：
    1. 相同条件下，物质不同熵不同
    2. 同一物质：\(\ce{S(高温)>S(低温)}\)；\(\ce{S(g)>S(l)>S(s)}\)

3.2 反应熵变

  1. 计算公式：\(\ce{\Delta S=S(生成物)-S(反应物)}\)
  2. 判断依据：
    1. 气体体积增大的反应，熵变通常是正值，是熵增加的反应
    2. 气体体积减小的反应，熵变通常是负值，是熵减小的反应
  3. 熵变与反应方向 ：
    1. 熵增加有利于反应的自发进行
    2. 某些熵减小的反应在一定条件下也能自发进行
    3. 熵变是与反应能否自发进行有关的一个因素，但不是唯一的因素，因此不能只依据熵判据判断化学反应进行的方向

四、复合判据

  1. 适用范围：复合判据只能判断恒温恒压条件下的反应能否自发进行，不适用于其它条件
  2. 定义：在温度、压强一定的条件下，化学反应总是向 \(\ce{\Delta H - T\Delta S<0}\) 的方向进行，直至达到平衡状态
  3. 具体内容 ：在温度、压强一定的条件下，反应方向用 \(\ce{\Delta H - T\Delta S}\) 作为判据

\(\ce{\Delta H - T\Delta S<0}\) ：反应能自发进行 \(\ce{\Delta H - T \Delta S=0}\) ：反应处于平衡状态 \(\ce{\Delta H - T \Delta S>0}\) ：反应不能自发进行

  1. 反应方向判据的讨论 ：
    1. \(\ce{\Delta H - T\Delta S<0}\) ，指正反应一定能自发进行，一般情况下，也就意味着逆反应一定不能自发进行。 \(\ce{\Delta H<0，\Delta S>0}\) 在任何温度下都能正向自发（\(\ce{T}\) 采取开尔文温度，一定是大于0的数），所以可以看出来放热、熵增都是有利于反应自发进行
    2. \(\ce{\Delta H - T\Delta S>0}\) , 指正反应一定不能自发进行，一般情况下，也就意味着逆反应一定能自发进行。\(\ce{\Delta H>0，\Delta S<0}\) 在任何温度下都不能正向自发
    3. \(\ce{\Delta H>0，\Delta S>0}\) ,则\(\ce{\Delta H - T\Delta S}\) 可能在较高温度下小于0，也就是高温自发；

\(\ce{\Delta H<0，\Delta S<0}\) ,则\(\ce{\Delta H - T\Delta S}\) 可能在较低温度下小于0，也就是低温自发