第二章 化学反应的方向速率和限度01（课件）《无机化学》同步教学（高教版）

第二章 化学反应的方向速率和限度 目录 第一节 化学反应的方向与吉布斯自由能 第二节 化学反应速率 第三节 化学反应的限度 第四节 化学平衡的移动 化学反应中经常讨论的问题主要有三类： 1、方向问题 2、速率问题 本章就围绕这三个问题展开 3、限度问题 第一节 化学反应的方向与吉布斯自由能 主要内容 一、过程自发性 二、影响化学反应的因素 三、化学反应方向的判断 一、过程自发性 1、水自高处流下,冰融化，铁生锈，甲烷燃烧。 2、两气体混合,一盒粉笔掉到地上等。下课后的教室。 3、CCl4和H2O混合，硝酸铵溶于水要吸热。CaCO3高温分解。 放热过程或体系能量降低 自发过程（Spontaneous Process） :不借助外力能自动进行的过程叫自发过程。 非自发过程:自发过程的逆过程叫非自发过程。 有序到无序或混乱度增大 如何判断是否自发？ 影响一个过程自发进行的因素有二：能量和混乱度。 放热有利于过程自发，混乱度增大有利于过程自发。 二、影响化学反应方向的因素 1、混乱度与熵（Entropy ）:体系的混乱度的大小可用一个热力学函数—熵来表示。体系越混乱，熵值越大。常用S表示，单位为J·mol-1·K-1。和内能、焓一样，熵也是状态函数，只与过程的始终态有关，与途径无关。如 2、熵的定义与热力学第三定律。物质在某一温度下的S的绝对值是可测的。绝对零度时，任何纯物质的完美晶体的熵值为零，即S00K=0，这就是热力学第三定律。 标态下，任何纯物质在指定T时的熵值为S0T则 等温可逆膨胀过程 N2(g,10atm) → N2(g,1atm) 的熵变为 r-reversible,又叫可逆过程热温熵 3、标准摩尔熵(S0m) 标准状态下,1mol纯物质的熵叫标准摩尔熵,常用S0m表示。常见物质标准熵见附录4(503页)。 物质(298.15K下)) Ag(s) AgCl(s) C(s,石) C(s,金) CO(g) H2O(l) S0m(J·K-1·mol-1) 0 96 5.73 2.4 197.6 69.91 熵的进一步讨论: （1）同一物质,状态不同熵值不同。S0(g)>S0(l)>S0(s) H2O(g,189)> H2O(l,70)> H2O(s,39) （2）聚集状态相同时,分子越复杂,熵值越大。 O3(238)>O2(205)>O(161) （3）结构相似,分子量越大,熵值越大。 Br2(245)>Cl2(223)>F2(203) （4）分子相同，构型越复杂,熵值越大。 C2H5OH(282)> CH3OCH3(266) 4、化学反应的熵变的计算 例2-4:求298K,101.325kPa下，CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的熵变 解:298K,101.325kPa时，CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g) 纯物质标准熵SOm为 92.9 38.2 213.7 J·mol-1·K-1 ΔrSom=38.2+213.7-92.9=159 J·mol-1·K-1 ΔrSom>0,说明该反应的熵是增大的。 虽然熵增大有利于反应的自发，但与焓一样，不能仅用熵作为自发反应的判据。如:SO2(g)=SO3(g)(ΔSo<0),但却能自发;摄氏零度时水结冰(ΔSo<0)也是自发的。由此可见,影响过程的自发性的因素除了焓和熵外还与温度有关。 5、吉布斯自由能 上式又叫吉布斯-赫姆霍兹公式（简称吉-赫公式），要使一个过程(反应)能自发进行必须满足 故自发反应的判据应为 ΔG < 0 自发进行 正向进行 ΔG > 0 非自发进行 逆向进行 ΔG = 0 达到平衡 达到平衡 两个主要影响因素： ΔH<0 放热，利于自发 ΔS>0 熵增，利于自发 1878年美国人Gibbs综合了焓变、熵变和温度的关系提出了一个新的状态函数，定义：G =H -TS 。一个体系状态一定时，其G为一定值，在等温T、等压P条件下，过程的自由能变为 6、关于吉-赫公式讨论 ΔH ΔS ΔG 评论 实例 ＋ － 始终＋ 任何温度 均不自发 CO(g)=C(s)+1/2O2(g) － ＋ 始终－ 任何温度 均自发 1/2H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) － － 低温－ 高温＋ 低温自发 高温不自发 HCl(g)+NH3(g)=NH4Cl(s) H2O(l)= H2O(s) ＋ ＋ 低温＋高温－ 低温不自发 高温自发 CaCO(s)=CaO(s)+CO2(g) H2O(l)= H2O(g) 三、化学反应方向的判断 标态下一个反应的ΔrGom可公式ΔrGm=ΔrHm-TΔrSm计算,也可由标准吉布斯生成自由能直接计算。 1、标