第二章-化学反应的能量和方向PPT课件

第二章化学反应的一般原理,2.1基本概念2.2热化学2.3化学反应的方向与限度,教学要求：,了解概念：系统和环境；状态函数；热和功；掌握热力学第一定律；反应进度；摩尔焓变；热化学方程式；盖斯定律；标准摩尔生成焓；了解概念标准摩尔燃烧焓；反应方向与反应热和系统混乱度；掌握熵概念初步(熵、*熵变)；吉布斯自由能(自由能、*标准摩尔生成自由能、*吉布斯亥姆霍兹方程)。,基本概念化学反应：1化学反应的方向2化学反应的限度3化学反应的能量变化4化学反应的反应速率5化学反应的反应机理热力学热力学是研究宏观过程的能量变化、过程的方向与限度的规律的一门科学。,主要解决化学反应中的三个问题：化学反应的方向；反应进行的限度；化学反应中的能量转换。化学动力学：反应机理、反应的现实性即反应速率。,化学热力学：应用热力学的基本原理研究化学反应及化学变化过程的能量变化问题。,一、系统和环境,21基本概念,敞开系统,封闭系统,隔离系统(孤立）,系统,1、状态:系统所有宏观性质的综合表现。,2、状态函数:与系统相联系的、描述系统性质的物理量。,特点:(1)状态一定，状态函数一定。(2)状态函数的变化值只与始态、终态有关，而变化途径无关。,二、系统的状态函数,三、过程与途径,298K，101.3kPa,298K，506.5kPa,375K，101.3kPa,375K，506.5kPa,恒温过程,途径(II),恒压过程,途径,(I),恒温过程,恒压过程,实,际,过,程,实际过程与完成过程的不同途径,系统从环境吸热:Q0;系统向环境放热:QSm(l)Sm(s),(1)在绝对零度时,任何纯净完整晶态物质的熵等于零。,(3)在相同原子组成的分子中，分子中原子数目越多，越复杂，熵值越大；,(4)相同元素的原子组成的分子中，分子量越大熵值越大；,（5）同一类物质，摩尔质量越大，结构越复杂，熵值越大；如：卤素等（6）固体或液体溶于水时，熵值增大，气体溶于水时，熵值减少；,2.化学反应的熵变,一般地，对于反应：aA+bBcC+dD,rSmS(生成物)-S(反应物)cSm（C）+dSm（D）-aSm（A）-bSm（B）,解：由于反应3H2(g)+N2(g)2NH3(g)是气体分子数目减少的反应，rSm应是负值：3H2(g)+N2(g)2NH3(g)Sm/JK-1mol-1130.5191.5192.5rSm=192.52（130.53+191.5）=198.0JK-1mol-1,例：试估算反应3H2(g)+2N2(g)2NH3(g)的rSm的正负，并用计算加以验证。,解：H2O(l)NH4Cl(s)=NH4+(aq)+Cl(aq)由于固体溶于水是熵增加的过程，因此反应的rSm0,为正值。查表：NH4Cl(s)NH4+Cl(aq)S/JK-1mol-194.6113.455.2rSm=113.4+55.294.6=74.0JK-1mol-1,例：试估计氯化铵溶于水反应的rS正负，并查表计算反应熵变rSm。,四、吉布斯自由能,1.吉布斯自由能G,G=HTS称吉布斯自由能单位：kJ.mol-1,恒温恒压下系统状态变化时,吉布斯自由能变化值为：,G=H-TS,热力学证明：G=Wmax,吉布斯自由能判断反应方向的判据是：,G0过程非自发过程G=0过程平衡状态,表明：系统吉布斯函数的减少等于系统对环境做的最大有用功。,2.标准摩尔生成吉布斯自由能,在指定温度T，由参考状态的单质生成1mol物质B时的标准吉布斯自由能（变）。,rGm(T)=BBfGm（B),符号：fGm(B，T)单位：kJmol-1,3.吉布斯-亥姆霍兹方程（Gibbs-Helmholtzequation）,定义G=H-TS，在等温过程，其变化为,GH-TS,rGmrHm-TrSm,对化学反应：,在标准状态：,恒压下H、S和T对反应自发性的影响,类型,H,S,G=H-TS,反应,情况,举例,1-+-,自发,2+-+,非自发,3-,高温为+,高温非自发低温自发,4+,高温为-低温为+,高温自发低温非自发,2O3(g)3O2(g),2CO(g)2C(s),O2(g),+,HCl(g)+NH3(g)NH4Cl(s),CaCO3（g）CaO(s)+CO2(g),例求反应2AgCl(s)2Ag(s)+Cl2(g)的rHqm，rSqm以及在101.3kPa下的平衡温度,解：rHqm=2fHqm(Ag,s)fHqm(Cl2,g)2fHqm(AgCl,s)=002(-127.0)=254.0(kJ),101.3kPa达到平衡时，rG=0而rG=rH-TrS=0故T=rHq/rSq=254.0/0.116=2190(K),例:已知C2H5OH(1)C2H5OH(g)rHm/(kJ/mol)277.6235.3rSm/(J/（