【知识点详解】
1. 化学平衡常数(K):化学平衡常数是衡量化学反应达到平衡时反应物和生成物浓度关系的一个物理量,通常用K表示。它定义为反应物浓度的乘积与生成物浓度的乘积之比,只与温度有关,与反应物或生成物的初始浓度无关。
2. 化学反应进行的方向:化学反应的方向可以通过ΔH(焓变)和ΔS(熵变)来判断。根据吉布斯自由能变化(ΔG)的公式ΔG=ΔH-TΔS,可以确定反应自发进行的条件。当ΔG<0时,反应自发进行;当ΔG=0时,反应处于平衡状态;当ΔG>0时,反应不能自发进行。
3. 自发性判断:
- ΔH<0,ΔS>0:该类反应在任何温度下都能自发进行,因为低温下TΔS仍能抵消ΔH的正值。
- ΔH>0,ΔS>0:在高温条件下,反应可以自发进行,因为高温度能使得TΔS足够大以克服ΔH的正值。
- ΔH<0,ΔS<0:在低温下反应自发进行,高温下可能会向逆反应方向自发。
- ΔH>0,ΔS<0:在所有温度下反应都不能自发进行,因为无法找到一个温度使得TΔS<ΔH。
4. 化学反应实例分析:
- 反应H2(g)+F2(g)→2HF(g):该反应ΔH<0,ΔS>0,因此在任何温度下均能自发进行。
- 反应2CO(g)→2C(s)+O2(g):这是一个ΔH>0,ΔS<0的反应,无论温度如何,其ΔG总是大于0,因此无法自发进行。
5. 催化技术的应用:
- 在飞机尾气处理中,通过催化技术将NO和CO转化为无害的CO2和N2,这个反应在低温下可以自发进行,说明ΔH<0。
6. 非自发反应的可能性:非自发反应并非在任何条件下都不能发生,它们可能需要在特定条件下(如提供能量、添加催化剂等)才能发生。
7. 化学反应的熵变(ΔS):
- 熵变反映了系统的混乱程度,固体变为液体或气体通常导致熵增加,而气体变为液体或固体则熵减少。
- 溶解过程如硝酸铵溶于水,通常伴随着熵的增加(ΔS>0),使反应自发进行。
8. 复合判据的使用:结合焓变和熵变的复合判据ΔG=ΔH-TΔS,能更全面地预测所有过程的自发性。
9. 温度对反应自发性的影响:温度对熵变起着重要作用,温度越高,熵的影响越大,可能使某些原本非自发的反应变得自发。
10. 反应自发性的判断题型:题目中通常会给出反应的焓变和熵变,要求判断反应在不同温度下的自发性,解答时需应用ΔG=ΔH-TΔS的规则。
总结:本题组主要围绕化学平衡常数和化学反应自发性进行,通过具体例子解释了如何利用ΔH和ΔS判断反应的方向,并通过习题强化了学生对自发性判断的理解。