断键吸热和成键放热,化学键成键断键吸热还是放热

首页 > 车主 > 作者:YD1662024-01-01 13:36:38

有机不会......

其实人类研究很多事物的过程都是类似,追到手有没有可能性?追到手花多久?关系能到什么程度?研究化学反应过程也是如此。

一、判断化学反应能不能发生?(△G)

二、它进行的是快还是慢要多久?(v)

三、它能进行到什么程度?反应限度?(K)

这三大问题,问的就是追女孩的核心,哦不,化学反应的核心!这三大问题来了,我该怎么解决呢?选修四便是你研究追女孩(划掉)化学反应过程的葵花宝典。

一、化学反应能不能发生?

首先是一个化学反应能不能发生,就是化学反应的方向问题,化学反应能不能朝这个方向进行。谈能不能发生,我们不如把眼光放远一点点,自然界中有很多奇妙的过程,天会下雨,石头从高处落地,水往低处流,无论是人的生老病死还是自然界的花开花落,这些过程都是自然而然进行的。

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汽油在几百摄氏度燃烧变成二氧化碳,是件自然而然的事情,点火就能烧着。但是在同样的温度下,你想把二氧化碳变成汽油,就是一件不可能的事情。因为它不符合这个“自然而然”,我们称这个反应没有自发性。
自然界中有两大规律,一个是能量越低越稳定,另外一个是最大混乱度倾向(熵增原理)。石头在高处就不稳定,相比低处它的重力势能大,所以它就有往低处落的倾向,释放重力势能。低处的石头是不会想着往高处蹦的,除非你额外做功。生活中熵增原理比比皆是,整洁的桌面会自然而然变乱,整齐的头发你不管它也会变乱,有序的花瓣最终会散乱,一个肮脏的房间不会自动变清洁。你想要事情变整洁,有条理,有秩序,就必须与这个自然法则对抗,付出的代价就是额外做功。
在化学反应中,用焓变(△H)来反应化学反应能量的变化,用熵变(△S)来反应它的混乱度的变化,综合这两点,提出的吉布斯自由能判据(△G=△H-T△S)来判断一个化学反应究竟能不能自然而然发生。显然如果一个化学反应,它释放出了能量,并且混乱度变大了,它在任何温度下都有可能发生。

二、化学反应进行的快与慢(反应速率)

一个化学反应能不能进行,是我们研究这个化学反应的前提,吉布斯自由能判据只能让我们知道反应能不能发生,却不能知道反应的快与慢。有些反应确实可能发生,但是需要用掉上万年的时间才能进行彻底,比如溶洞的形成。而有些反应则很快就能进行彻底,比如酸碱滴定,炸药爆炸。

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如何控制化学反应的快慢尤其重要,比如我是化工厂厂长,我的生产中用的化学反应要10天才能进行彻底,但是我有种方法,可以加快它的反应速率,1天搞定,这样的话,我只用1天就能生产10天的货,并且还节约了9天的工厂管理费。另外,还有些化学反应我并不希望它辣么快进行,比如钢铁的腐蚀。
那么问题来了,化学反应速率和什么有关呢?我们又该如何控制化学反应速率呢?
谈反应速率,我们不如谈谈一个化学反应的微观过程,比如氢气和氯气生成氯化氢。假想一个密闭的容器里面,充满了氢气和氯气,这些气体都在做着无规则热运动。氢气和氯气要想发生化学反应,氢分子和氯分子就必须相互碰撞在一起,碰撞在一起还不一定能发生化学反应,必须得是“有效碰撞”,大多数碰撞是“无效碰撞”,那么怎样才能完成有效碰撞呢?就必须要让分子活化,只有活化的分子才能完成有效碰撞,而让分子活化,就必须给这个分子提供活化能。

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氢气和氯气反应机理

这个微观过程就是,氢分子的氢氢键断裂,氯分子的氯氯键断裂,形成中间态氢和中间态氯原子,这个中间态的氢原子和氯原子才是能够发生有效碰撞的活化分子(微粒),而要让化学键断裂,就必须提供能量,这个能量就可以看做为活化能。(但不是活化能),最终活化分子完成有效碰撞,形成新的化学键就会释放出能量。(这只是一种假象过程,方便理解,更真实的情况是氢气和氯化氢结合在一起形成过渡态分子,然后断裂成两个氯化氢。)
(by the way,这里就可以看出化学反应和能量的关系,化学反应的微观解释就是有旧的化学键的断裂和新的化学键的形成,断键吸热,成键放热,因此一个化学反应既有吸热和放热,但是如果吸收的热大于放出的热,它就是吸热反应,反之亦然。)
知道了这个微观过程,我们就可以搞出两个关键,有效碰撞和活化能,化学反应速率就和这个有关系。
(其实化学反应速率在《化学动力学》的研究范围内,真正的反应速率和化学反应的本征动力学以及传质动力学有关,而在本征动力学里面有个赫赫有名的方程,叫做阿伦尼乌斯方程,高中为了简便只考察化学反应本身的动力学,做了很多简化)
如果我们让有效碰撞变多,并且能够降低活化能(降低分子达到活化状态的门槛),这个反应反应是不是越容易进行?看起来就是反应速率加快了!
实际操作上,我们通过加热,加压,增大浓度这三个方面来提升分子的有效碰撞。加热能够让分子热运动更加剧烈,发生有效碰撞的机会就会变大,同样加压和增大浓度就是让分子在反应体系中更加密集,碰撞在一起的概率就变大了。
另外还可以利用催化剂来降低反应的活化能,实际上催化剂是参加进了这个化学反应,催化剂可能与某个反应分子结合,让它更容易到达活化状态,因此反应变得更加容易进行了,而在反应终点的时候,催化剂又脱离了反应物。催化剂可以说就是一个默默无闻的贡献者,送它一个好人卡!(此外什么超声波啊,核辐射啊,光照啊,也能加快反应速率,它们的本质就是给分子提供了能量,让其碰撞更激烈或者活化。)

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