3.3热力学第二定律（课件）-《无机化学》同步教学（北京出版社）

第三章 化学热力学基础 Atomic Structure Chapter 1 化学热力学要解决化学反应中的三个问题： 某混合物能否在一定的条件下发生化学反应？ （化学反应的方向） 如果发生化学反应，伴随该反应有多少能量变化？ （化学反应中能量是如何转化） 如果化学反应能够进行，在一定条件下达到的平衡状态如何？转化率有多大？ （反应进行的程度） 化学热力学的研究对象 热力学:研究物理变化和化学变化中能量转化 和传递的一门科学。 化学热力学:研究化学变化过程中能量相互转 化所遵循规律的科学。 热力学基础主要内容有： 热力学第一定律和热力学第二定律 热力学的特点：抽象、推理性强 学习目的 通过学习化学热力学的基本概念、内能、焓、熵、自由能等状态函数的概念及其相互间的关系，热力学第一定律、第二定律的含义，体系中 Q、W、△U、△H、△S、△G 的计算及其作为判据的适用条件的有关知识，为后续课程如物理化学、药物化学、药物分析等的学习奠定基础。 1.掌握热力学第一定律、第二定律的文字表述及公式表达，掌握 △U＝QV、△H＝QP 的成立条件。 2.掌握热力学中重要的状态函数的概念、特点，会运用热力学数据计算在标准状态下体系的焓变、熵变、自由能变，能熟练判断化学反应自发进行的方向。 3.熟悉热力学基本概念和常用术语。 4.熟悉热力学的标准态，热化学方程式，盖斯定律。 5.了解可逆过程的定义及特点。 知识要求 熟练掌握热力学重要状态函数的特点，掌握运用热力学第一定律、热力学第二定律进行相关计算；学会判断体系反应自发进行的方向和限度。 能力要求 一、 热力学第一定律 1.基本概念和常用数语 2.热力学第一定律 二、 化学反应的热效应 1.反应热与焓 2.热化学反应方程式 3.盖斯定律 4.生成焓与燃烧焓 三、 热力学第二定律 1.自发过程 2.熵与熵变 3.吉布斯自由能与自发过程 内容提要 第三节 热力学第二定律 在指定条件下不需要消耗外力（功或热）而能够自动进行的过程称为自发过程。 反之，在指定条件下需要消耗外力（功或热）才能发生的过程，称为非自发过程或反自发过程。 一、自发过程 1.举出几个自然界或生活中进行自发过程的现象。 2.电冰箱工作时将冰箱内（温度较低）的热量，传给外界空气（温度较高），是自发过程吗？为什么？ 问题 氢气与氧气合成水 2H2(g) ＋ O2(g) ＝ 2H2O (l) 甲烷和氧气混合后点火发生的燃烧反应 CH4(g) ＋ 2O2 (g) ＝ CO2(g) ＋ 2H2O (l) 将锌片放入铜盐溶液中的反应 Zn ＋ Cu2+ ＝ Zn2+ ＋Cu 以上这些过程在指定条件下都是自发过程， 而它们的逆过程是非自发过程。 标准状况时以下反应： 1. 自发过程都有确定的方向，在一定条件下只能单向进行，并有一定的限度。自发过程的逆过程是不能自动进行的，除非环境对体系作功。 如氢气和氧气能自发反应生成水，但若要使水分解为氢气和氧气，这个非自发过程并不是不能完成，但必须通过电解来实现。 需要注意： 2. 自发过程可用来做有用功（非体积功）。 如高处流下的水可以推动水轮机；锌与硫酸铜作用可组成原电池而作电功。但体系做有用功的能力随着自发过程的进行逐渐减少，当体系达到平衡后，就不再具有做有用功的能力了。 需要注意： 单凭反应是放热还是吸热，即恒温恒压下体系的△H是负值还是正值，并不能判断反应的自发性。 决定一个反应能否自发进行，除了能量因素之外，还有其它因素，事实证明：体系的混乱度是影响化学反应方向的重要因素。 二、熵与熵变 混乱度是指体系内部质点运动的无序的程度，系统越没有秩序，其混乱度就越大。 室温下自发进行的吸热反应的共同特点，是反应发生后系统的混乱度增大了，因此，系统混乱度的增大是吸热反应自发进行的推动力。 熵 S为一状态函数，只与体系的状态有关，而 与途径无关，是体系的广度性质，具有加和性。 体系的熵越大，其混乱度就越大；体系的熵越 小，其混乱度就越小。 当体系内质点的聚集状态发生改变时，其熵值 就会改变。 体系的混乱度在热力学上用一个新的物理量——“熵”来表示，熵是体系内部质点运动的混乱度的量度，用符号 S表示，单位为 J·mol-1·K-1 。 “熵”S 热力学规定：