133-1-2_无机化学教案-化学反应的方向.ppt

1、第二节、化学反应的方向,化学 创造新物质 设计合理的化学反应,一、 反应的自发性,2、自发性的特点 反应方向是单向性的，反应的逆反应是非自发的。 反应有推动力，自发反应的过程都可以用来做功。 反应有限度，反应进行到一定程度就会达到平衡状态。 不考虑反应速度，有许多自发反应进行非常缓慢。,1、定义： 在一定条件下，无需外力帮助就能自发进行的化学变化过程或物理变化过程。如盐的溶解、Fe的氧化等。,1、自由能函数的定义：,热力学第一定律,状态函数H,可逆过程的功,可逆过程的热温商,二、自由能，化学反应自发性的判据,G 物理意义：在恒温恒压下体系做功的能力,若将过程还原到恒温恒压无非体积功，则判据变为

2、,G 0 非自发,2、标准生成吉布斯自由能,用下面公式可计算已知反应的自由能变 rG m 。,利用 rG m 判断标准状态下的化学反应进行的方向。,一些物质在298 K下的标准Gibbs自由能列于表中。,热力学规定，某温度时，由处于标准状态的各种元素的指定单质，生成标准状态的 1 mol 某物质时的自由能改变量，叫做这种温度下该物质的标准摩尔生成自由能,简称生成自由能。用 f G m 表示，单位 kJ mol 1 。,把rGm 直接作为反应自发性的判据有一定的局限性 作为反应自发性判据的G = H - T S 适用于任意温度及压力条件，而由标准吉布斯生成自由能计算的rGm ，则是指反应物和生成

3、物都处在标准状态和298K的条件下，所以把rGm 直接作为反应自发性的判据有一定的局限性。,rGm受温度变化的影响不可忽略 rHm和 rSm受温度变化的影响很小，以至于在一般温度范围内，可以认为它们都可用298K时的rHm和 rSm代替，但从 G = HTS可以看出，G受温度变化的影响不可忽略。,标准状态，任意温度 G(T) 任意状态 G （化学平衡）,3. 如何计算反应的 DG (T) 、DG,标准状态 ，298K，,标准状态 ，任意温度( T K)，,如果能根据盖斯定律由一组已知反应方程式通过加加减减的办法得出所要研究的那个反应方程式，就可根据已知反应的G值, 通过加加减减的办法得出所要研

4、究的那个反应的G值 。,D rG m = D rH m -T D rS m,rGm rHm - 298 rSm,表示体系中微观粒子混乱度的一个热力学函数（符号为S），体系的混乱度愈大，熵愈大。熵是状 态函数。, 微观状态数, 熵,三、 熵的初步概念,1. 熵的物理意义, 混乱度 许多自发过程有混乱度增加的趋势,标准熵：从熵值为零的状态出发，使体系变化到一个大气压和某温度T时熵的改变量称为该物质在标准状态下的摩尔绝对熵值，简称为标准熵。 用ST 表示，单位：Jmol-1 K1,注意： 不注明温度，指 298.15 K ，非此温度需注明； 最稳定单质在 298 K ， f Hm = 0 ， Sm

5、0； 规定水合氢离子在 298 K 的 Sm ( H + aq )= 0.,3. 熵的规律：,同一物质，气态熵大于液态熵，液态熵大于固态熵； ST (g) ST (l) ST (s),例：H2O: S 298 H2O (g) S 298 H2O (l) 188.7 Jmol-1 K-1 69.96 Jmol-1 K-1,相同原子组成的分子中，分子中原子数目越多，熵值越大；,S O2 (g) S O3 (g) S NO (g) S NO2 (g) S N2O4 (g) S CH CH(g) S CH2=CH2 (g) S CH3-CH3 (g),同一类物质，摩尔质量越大，结构越复杂，熵值越大；,

6、S CuSO4(s) S CuSO4H2O(s) SCuSO43H2O(s) SCuSO45H2O (s) S F2(g) S Cl2(g) S Br2(g) SI2 (g),固体或液体溶于水时，熵值增大，气体溶于水时，熵值减少；,H2O NaCl (s) = Na+ + Cl- H2O HCl (g) = H + + Cl-,同一种物质，熵值随温度的升高增大。,压力对固态、液态物质的熵值影响较小，而对气态物质的熵值影响较大。,4、化学和物理变化过程的熵变,要求会定性判断熵的增减 固体变成液体气体 S0， 由气体分子少变成气体分子多 S0 。,一般地，对于反应：aA + bB cC + dD

7、rSm S,(生成物) - S,(反应物) c S,c + d S,d - a S,a - b S,b,温度对化学反应的熵变影响不大（但对熵值的影响较大）。,化学反应熵的增减规律：,凡气体计量系数增加的反应（n 0），S 0（熵增）,凡气体计量系数减小的反应（n 0），S 0（熵减）,气体计量系数不变的反应（n 0），S = 0,对于没有气体参加的反应，一般的规律是反应物中物质计量 系数增加，混乱度增加，S为正。,四、熵变与过程的方向,1.热温熵: 热力学证明，在恒温可逆过程中，体系吸收或放出的热量Qr与体系的熵变S 之间有以下关系：S Qr / T , 因此S 又叫热温熵. Qr ：恒温可逆

8、过程中体系所吸收的热,孤立体系（绝热体系）的自发过程是体系熵增加的过程，,2. 热力学第二定律：,即： 状态 I 状态 II ， SII SIS = SII- SI 0,五.吉布斯 ( Gibbs ) 赫姆霍兹 ( Holmholtz )方程,由定义式 G = H TS 恒温恒压下有公式 rGm = rHm TrSm,类 型 G,讨 论,S,H,高温,低温, + ,焓减熵增型, +,+ + + ,+ + +,焓减熵减型,焓增熵增型,焓增熵减型,在任何温度下正反应都能自发进行,只有在低温下正反应都能自发进行,只有在高温下正反应都能自发进行,在任何温度下正反应均为不自发进行,G = H TS 根据G大小来判断,