化学反应热及化学反应的方向和限PPT课件

1、例：水高处 低处（可推动水轮机做机械功发电： 势能机械能电能） 热高温物体 低温物体 电高电位 低电位Zn(s) + CuSO4 (aq) ZnSO4(aq) + Cu(s)（可设计为丹尼尔原电池，化学能电能）第1页/共24页自发过程的特征：1. 有一定方向，不会自发逆转。自发过程是热力学的“不可逆过程”。“非自发”“不可能” ：电解： 2 H2O(l) = H2 (g) + O2(g)需要环境对体系做功第2页/共24页 2.可被用来做“有用功” ； 3.有一定限度即单向地趋向于平衡状态。 水高处 低处 热高温物体 低温物体，直致两物体温度相等（达到“热平衡”） N2 (g) + 3 H2 (

2、g) = 2 NH3 (g)注意：以上讨论不涉及“时间”概念。一个自发过程，不一定是迅速的。 2 H2 (g) + O2 (g) = 2 H2O (l) 自发过程；室温下，反应速率极小，几乎觉察不到。第3页/共24页自然界中存在许多自动发生的变化过程系统在没有外界作用下系统在没有外界作用下，系系统自身发生变化的过程称为统自身发生变化的过程称为自发变化自发变化。自发变化的自发变化的基本特征基本特征： 自发变化具有一定的自发变化具有一定的方向性。自发过程的逆过程方向性。自发过程的逆过程是非自发变化。是非自发变化。 自发变化有一定的限自发变化有一定的限度。自发变化的最大限度是度。自发变化的最大限度是

3、系统的平衡状态。系统的平衡状态。 自发变化的开始有时自发变化的开始有时需要引发。需要引发。 第4页/共24页（三）自发过程的判据 化学反应的焓变 1.许多放热反应自发进行: 例：2 Fe(s) + 3/2 O2(g) = Fe2O3 (s) rH m = - 844 kJmol-1 H2 (g) + O2 (g) = H2O (l) rH m = - 285.8 kJmol-1汤姆逊和贝塞罗曾提出“只有放热反应才能自发进行”。? 2.但也发现不少非放热过程可以自发进行: H2O (s) = H2O (l) rH m (298 K) 0 (吸热) CaCO3 (s) = CaO (s) + CO

4、2 (g) rH m (1273 K) 0rH m 0； 反应过程中气体计量系数减少的反 应，反应的S 0；反应中 物质计量系数减少的反应，反应的 S 0 第12页/共24页rSm = Sm (生成物)- Sm (反应物)化学反应aA + dD = gG + hH（三）熵变第13页/共24页根据以上分析: H 0 或/和 S 0 有利于过程“自发”进行，即焓（H ）、熵（ S ）均是影响过程自发性的因素。 1876年，美国科学家提出一个新的热力学函数吉布斯自由能（G），把H 和S 联系在一起。G H - TS def第14页/共24页三、 系统Gibbs的自由能（一）用Gibbs自由能判断化学

5、反应方向 G H - TS def第15页/共24页G0 ，正向自发G =0， 达到平衡G0，逆向自发第16页/共24页（二）Gibbs自由能变的计算符号：fGm 单位：kJmol-1mfG在标态和指定温度下，由最稳定单质生成1mol某物质时的吉布斯自由能变称为该物质的标准摩尔生成Gibbs自由能。稳定单质的 fGm 为零1、标准状态下Gibbs自由能变的计算第17页/共24页H2O(g) 的f Gm = -228.57kJmol-1常用物质的 可在书的附录中查f Gm rGm fGm =(n )产fGm - (n )反方法一：利用标准摩尔生成Gibbs自由能变 rGm = -228.57kJ

6、mol-1例： H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(g)第18页/共24页温度变化范围不很大时，可认为：rHm(T) rHm(298)rSm(T) rSm(298)rGm = rHm(298) TrSm(298)注但对rGm影响不能忽略方法二：利用Gibbs自由能变公式第19页/共24页例:已知下列反应rHm=131.3 kJ.mol-1 rSm= 133.9 J.K-1.mol-1 ，求298K和1374K的rGm。H2O(g) + C(石墨) = CO2(g) + H2(g)解：根据 rGm= rHm- TrSm rGm= 131.3 298133.910-3 = 91.42 kJ.mol-1又根据rGm(T)rHm(298)-TrSm(298) 第20页/共24页fGm (1374)= 131.31374133.9 10-3 = -52.5 kJ.mol-1反应在298K非自发，在1374K自发。计算结果表明温度对rGm的影响非常显著第21页/共24页例:已知下列反应的rHm=-402kJ.mol-1, rSm= -189 J.K-1.mol-1，求标准状态下反应处于平衡时的温度。CaO(s)+SO3(g)=CaSO4(s) 解：平衡时 rGm (T)rHm(298)- TrSm(298) = 0 T