判断化学反应是否自发进行,主要依据吉布斯自由能变化(ΔG)的符号。以下是具体条件及补充说明:
ΔG < 0
当吉布斯自由能变化为负时,反应在给定条件下自发进行。这是化学热力学的核心判据。
特殊情况说明
ΔH < 0 且 ΔS > 0 :任何温度下均自发(如水结冰的逆反应在高温下自发)。
ΔH > 0 且 ΔS < 0 :任何温度下均非自发(如水在常温下蒸发)。
温度的影响
低温时 :焓变(ΔH)起主导作用。若ΔH < 0,反应仍可能自发,但速率较慢。
高温时 :熵变(ΔS)起主导作用。若ΔS > 0,反应更易自发。
反应类型与条件
自发反应的特征 :无需外界能量输入即可进行,但反应速率可能较慢(如金属腐蚀、酸碱中和)。
需外力干预的情况 :若ΔG > 0,反应需外界做功(如电解水)。
平衡状态
当ΔG = 0时,反应达到动态平衡,既非自发也非非自发。
放热反应 :燃烧反应(如木材燃烧)。
吸热反应 :高温下分解反应(如石灰石高温分解)。
熵增反应 :气体生成反应(如水电解生成氢氧气体)。
自发反应的判断以ΔG < 0为核心,同时需结合温度对焓变和熵变的影响。实际应用中,需注意“一定条件”指明温度和压强固定,而平衡态时ΔG = 0。