自发反应解惑

新教材选修4《化学反应原理》人教版增加了“化学反应进行的方向”的教学内容.《普通高中化学课程标准》中，对化学反应进行的方向的学习要求是“能用焓变和熵变说明化学反应进行的方向”.虽然2013年考纲的“考试范围和内容”部分没有将化学反应进行的方向列入高考考查的范围.但化学反应进行的方向作为化学反应原理的一部分，在教学中是不能省略的.尽管《普通高中化学课程标准》中对化学反应进行的方向的学习要求较低，可是“化学反应进行的方向”一节提到的“自发反应”涉及热力学第二定律的知识，难度较大，考虑到学生已有的知识水平，教材也没有对自发反应作过多的阐述.

一、氢气和氧气生成水的反应是自发反应，那么“点燃”是不是外界帮助

自发反应是指一定条件下，不需要外界的帮助就能自动发生的化学反应苏教版.化学热力学指出：等温等压下，吉布斯自由能减少的方向是不做非体积功的化学反应进行的方向这也是热力学第二定律的另一种表述形式.由于ΔG=ΔH-TΔS，ΔH、T、ΔS均为体系自身的性质，与环境无关，且化学反应一般是在等温等压下进行的，因此，等温等压下，不做非体积功的化学反应无需外界帮助、没有外界干扰，能向ΔG

通过化学热力学的分析只能预言，在常温常压下氢气和氧气的混合气体能自动生成水，应该注意的是：化学热力学不考虑反应的速率，实际上，在通常情况下，若把氢气和氧气混合在一起，反应的速率非常慢，几乎不发生反应.化学动力学研究的范围是反应的速率和历程，通过对该反应的动力学研究表明，如果升高温度到1073 K，该反应即以爆炸的方式瞬间完成；如果选择合适的催化剂如用钯作催化剂，在常温常压下，氢气和氧气以较快的速率化合成水；在常温常压下，如果将该反应安排在电池中也能发生.当然，“点燃”和“1073 K”、“催化剂”、“将反应安排在电池中”一样，是化学动力学上为了实现化学反应的发生而采用的反应条件.

自发反应是化学热力学上的一个概念.自发反应定义苏教版中的“一定条件”是化学热力学上判断化学反应进行的方向时的“等温等压，不做非体积功”的限定条件，而不是化学反应发生的条件.自发反应定义中的“外界帮助”是指对体系做其他功（比如电功）或输入能量，化学热力学上是根据体系自身的性质来判断化学反应自动进行的方向的，是无需“外界帮助”的.所以，氢气和氧气在点燃的条件下生成水，其中“点燃”既不是自发反应定义中的“一定条件”，也不是“外界帮助”，只是化学动力学上为了实现氢气和氧气生成水的反应条件.不能将化学反应发生的条件和自发反应定义中的“一定条件”混为一谈.

二、自发反应一定能发生吗

自发反应是化学热力学的范畴，化学反应的发生是化学动力学的范畴，化学热力学上自发的反应在化学动力学上不一定能发生.例如，在常温常压下，氢气和氧气生成水的反应是自发反应，但没有其他条件或措施反应不能发生；铁生锈是自发反应，涂有防锈漆和未涂防锈漆的钢制器件，其发生腐蚀的自发性是相同的（从热力学上判断都能自动发生），但只有后者能发生.由此可见，热力学的判断只是给我们一个启示，指示一种可能性，至于如何把可能性变为现实，使反应按照我们所要求的最恰当的方式进行，往往要具体问题具体分析，既要在化学热力学上考虑可能性问题，又要在化学动力学上考虑反应的速率问题，从而创造条件去实现这种可能性.

三、非自发反应能发生吗

在一定条件（等温等压不做其他功），氢气和氧气生成水的反应是自发反应，ΔG0，因此其逆反应是非自发反应，没有自动进行的趋势和可能性，不能自动进行.但是，如果外界予以帮助，例如输入电功，则可使水电解得到氢气和氧气.由此可见，非自发反应只是在化学热力学上不能自动进行，没有自动进行的趋势和可能性，不代表在化学动力学上不能发生，非自发反应在一定反应条件下也能发生.

四、自发反应和非自发反应在实际应用中有什么区别

在常温常压下，氢气和氧气生成水是自发反应.在常温常压下，如果将其安排在原电池中，它能对外做电功，从而提供电能.常温常压下，水的分解是非自发反应，但通电，为体系提供电能，可以使水分解成氢气和氧气.因此，在一定条件下，自发反应的发生能对外做功，为环境提供能量，非自发反应的发生需要环境为其做功，为其输入能量.人们之所以对自发过程感兴趣，是因为一切自发过程在适当的条件下可以对外做功，给环境提供能量，而非自发过程则必须依靠外力（给体系输入能量或做功），即环境要消耗功（或能量）才能进行.