高中化学必修二--月考复习1

化学反应的实质和发生原因可以归结为以下几个核心要点，通过深入浅出的方式逐步解析： --- #：**一、化学反应的实质：原子重组与能量变化** **1. 旧化学键断裂，新化学键形成** - 所有物质由原子通过化学键（如共价键、离子键）连接而成。 - 化学反应中，原有物质的化学键被破坏（需要吸收能量），原子重新排列组合，形成新物质的化学键（释放能量）。 **示例**：氢气与氧气燃烧生成水： \[ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O \] - **旧键断裂**：H₂和O₂中的H-H键、O=O键被破坏。 - **新键形成**：H和O结合生成H-O键。 **2. 原子本身不发生变化** - 反应前后原子的种类和数量守恒（质量守恒定律），变化的仅是结合方式。 --- #：**二、化学反应发生的驱动力** **1. 能量降低趋势（焓变 ΔH）** - 如果新键形成释放的能量 > 旧键断裂吸收的能量，总反应会 **放热**（ΔH < 0），体系能量降低，反应更易发生。 **示例**：甲烷燃烧释放大量热能： \[ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \quad (\Delta H < 0) \] **2. 混乱度增加趋势（熵变 ΔS）** - 自然界倾向于从有序变为无序（熵增）。若反应导致体系混乱度增加（ΔS > 0），则更可能自发。 **示例**：冰融化成水（物理变化）是熵增过程；某些分解反应（如CaCO₃高温分解为CO₂和CaO）也伴随熵增。 **3. 热力学综合判断：吉布斯自由能（ΔG）** - 反应是否自发由 **ΔG = ΔH - TΔS** 决定： - **ΔG < 0**：反应自发进行； - **ΔG > 0**：反应非自发，需外界供能。 **示例**：常温下水的分解（ΔG > 0）需电解才能发生。 --- #：**三、为什么需要外界条件（如加热、催化剂）？** **1. 克服活化能（动力学障碍）** - 即使ΔG < 0，反应仍需克服初始能量壁垒（**活化能**），才能启动旧键断裂。 - **催化剂**：降低活化能，加速反应但不改变ΔG（如工业合成氨使用铁催化剂）。 **示意图**： \[ \text{反应物} \xrightarrow{\text{无催化剂（高活化能）}} \text{生成物} \] \[ \text{反应物} \xrightarrow{\text{催化剂（低活化能）}} \text{生成物} \] **2. 调控反应速率与方向** - **温度**：升高温度可提供能量克服活化能，或影响ΔG（通过TΔS项）。 - **浓度/压力**：增加反应物浓度（或气体压力）可提高碰撞频率，加速反应。 --- #：**四、化学反应的本质总结** | **核心要点** | **说明** | |---------------------------|-------------------------------------------------------------------------| | 原子重组 | 原子重新排列，旧键断裂、新键形成，原子种类和数量不变。 | | 能量驱动（ΔH, ΔS） | 体系趋向能量更低、混乱度更高的状态。 | | 热力学与动力学协同作用 | ΔG决定反应方向，活化能决定反应速率。 | | 外界条件的作用 | 提供能量或降低活化能，推动反应进行。 | --- #：**五、实例解析：铁生锈（4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃）** 1. **旧键断裂**：Fe的金属键、O₂的O=O键被破坏。 2. **新键形成**：Fe³⁺与O²⁻通过离子键结合为Fe₂O₃。 3. **驱动力**：生成Fe₂O₃释放的能量（放热）和固体氧化物结构的有序性降低（熵增）共同作用。 4. **条件**：需水和氧气参与，潮湿环境加速电子转移（电化学腐蚀）。 --- #：**六、为什么有些物质不反应？** - **热力学限制**：ΔG > 0（如常温下钻石不转化为石墨）。 - **动力学限制**：活化能过高（如常温下H₂和O₂混合不爆炸，需点燃）。 --- 通过以上分析，化学反应的本质是原子重组与能量变化的结果，其发生与否由热力学和动力学共同决定。理解这一点，可以解释日常现象（如燃烧、腐蚀）和工业过程（如合成氨、炼钢）背后的化学原理。