《化学反应的方向》PPT课件.ppt

第二章化学反应的方向,一、化学热力学及其研究目的判断化学反应方向的三个参数二、热化学和焓变（H)1反应热的测定1）恒压热效应Qp2）恒容热效应Qv2焓与焓变(焓,H,Enthalpy)1）热力学第一定律2）焓与焓变3热化学方程式4热效应的计算1）Hess定律（反应热加合定律）2）标准生成焓（）3）键焓,三、熵(S)和Gibbs自由能变G,1熵(S,Entropy)1）定义及其意义2）标准熵3）熵值的一些规律4）熵变及其计算5）熵变与反应的自发性2Gibbs自由能变G与自发反应1）Gibbs自由能的定义2）标准Gibbs自由能3）的计算4）G与反应的自发性5）G-H方程的应用,引言：判断化学反应方向的参数,2Fe(s)+1.5O2(g)=Fe2O3(s)H=822kJ/mol自发S0N2(g)+O2(g)=2NO(g)H=+180kJ/mol非自发S0KNO3(s)=K+(aq)+NO3-(aq)H=35kJ/mol自发S03H2(g)+N2(g)=2NH3(g)H=-92.2kJ/mol自发?S=-0.199kJmol-1K-1热效应：H混乱度（熵）：S综合判断参数：G=HTS,一、化学热力学及其研究目的,热力学：是研究能量相互转化规律的科学。化学反应过程中的两个变化：物质和能量3H2(g)+N2(g)=2NH3(g)Q=-92.2kJ（放热）化学热力学：是研究化学变化与能量变化关系的科学。研究目的：讨论化学反应的方向，化学反应进行的程度等。热化学：是研究化学反应中热效应的科学。,化学热力学解决什么问题,1.反应的方向(rGm0?)指定条件下，正反应可否自发进行；2.反应的限度如果能，正反应能否进行到底(K大小)；3.反应过程的能量转换放热？吸热？（rHm0,放热;rHm0,吸热）4.反应机理反应是如何进行的？5.反应速率。化学热力学回答前3个问题，但不能回答后2个问题，后2个问题由“化学动力学”回答。,热力学方法的特点,1.研究本系的宏观性质即大量质点的平均行为，所得结论具有统计意义；不涉及个别质点的微观结构及个体行为，不依据物质结构的知识。2.不涉及时间概念。无机化学课的“化学热力学初步”，着重应用热力学的一些结论，去解释一些无机化学现象；严格的理论推导、详细地学习“化学热力学”，是“物理化学”课程的任务之一。,化学热力学的常用术语,体系与环境：能量交换物质交换敞开体系有有(open)封闭体系有无(closed)孤立体系无无(isolated),体系,环,境,化学热力学的常用术语,状态和状态函数：状态由一些物理量来确定，如气体的状态由P、V、T、n等来确定。决定体系状态的物理量称为状态函数。P、V、T、n等均是状态函数。途径和过程：状态发生变化的经过称过程。完成这个过程的具体步骤称途径。等温过程：反应前后温度不变（T=0）等压过程：反应前后压力不变（P=0）等容过程：反应前后体积不变（V=0）绝热过程：反应中体系与环境无热量交换（Q=0）,化学热力学的常用术语,热和功（没有过程就没有热和功）体系与环境之间因温度不同而交换或传递的能量称为热（Q)。Q0,体系吸收热量Q0,体系对环境做功W0，熵（混乱度）增加,三、熵（S）（Entropy),熵是体系混乱度的量度。,Spontaneous(自发)processeswilloccurwithoutintervention(干涉).,Str=Htr/Ttr,BoltzmannFormula,S=klnWk:Boltzmann常数（k=1.380710-23J/K)(thegasconstantpermolecule,R/NA)W:微观状态数(thatcorrespondtothesameenergy)S冰S水TB,irreversible,可逆过程：,是一个无限小的连续过程，体系随此过程的变化做功的同时，吸热或放热，是可逆的。Areversibleprocessisonethatcanbereversedbyaninfinitesimalchangeinavariable.可逆过程所做的功最大,Qrev也最大。,始态:P1,V1终态:P2,V2途径a:P1,V1P2,V2途径b:P1,V1Pb,VbP2,V2途径c:P1,V1Pb,VbPd,VdP2,V2,所做的功：途径:ab0自发S孤0非自发S孤=0体系处于平衡状态但对于封闭体系(与外界有能量传递)，上述结论不适用。-10C的液态水会自动结冰，尽管是体系熵减少。因为结冰过程中，体系放热到环境(H0)，使环境的熵增加，总的熵是增加的(水和环境共同构成孤立体系)。,化学热力学的常用术语,体系与环境：能量交换物质交换敞开体系有有(open)封闭体系有无(closed)孤立体系无无(isolated),体系,环,境,熵及其熵变小结：,熵的定义与性质：是体系混乱度的量度。为状态函数。S的计算:理想晶体在T=0K时，=0*S=Q可逆/T(等温可逆过程）（热力学第二定律）S的意义：(孤立体系）S0反应正向自发S0反应正向非自发,-10C的液态水会自动结冰，尽管是熵减少。因为结冰过程中，体系放热到环境(H0该条件下，非自发,在标态下，升温到1273K时，G0,反应能够进行。G(T)=H298TS298H和S随温度变化很小，可用298K下的数据来计算任意温度下的G(T)。,G(T),T(K),5）G-H方程的应用,化学反应的G与自发性,当G=0时,H=T转S，T转=H/S自发反应非自发反应,T转,例1：,CH3CH=CHCH4(g)+0.5O2(g)CH2=CHCH=CH2(g)+H2O(g)H=-77kJmol-1S=+0.072kJmol-1K-1G(T)=HTS=-770.072T属于(，+）型在任意温度下时，G(T)都小于零，从热力学上来说，正向反应在标态下能自发进行。但热力学只能说明反应的可能性。实际上，丁烯与氧气在常温常压下反应太慢，需使用催化剂。,例2：,CO(g)C(s)+0.5O2(g)H=+111kJmol-1S=-0.090kJmol-1K-1G(T)=HTS=111+0.090T属于(+，）型在任意温度下时，G(T)都大于零，即在标态和任意温度下，正向反应都不能自发进行。寻找催化剂的任何努力都将是徒劳的。,例3：,N2(g)+O2(g)2NO(g)H=+18kJmol-1S=+0.025kJmol-1K-1G(T)=HTS=1810.025T属于(+，+）型低温时，G(T)为正，高温时，G(T)为负，T转=H/S=181/0.025=7200K空气中的氧气在常压常温下，不能与氮气反应。但在雷电时，瞬间局部高温有可能使该反应发生。“雨水肥田”,例4：,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.2kJmol-1S=-0.199kJmol-1K-1G(T)=HTS=-92.2+0.199T属于(-，-）型低温时，G(T)为负，高温时，G(T)为正，T转=H/S=92.2/0.199=463K（190C)在标态时，在190C以下，反应自发，在高压下(30Mpa)，反应温度可更高。由实验具体来定。,第二章小结,主要目的：化学反应方向的判断1.基本概念:状态函数、标准状态、封闭体系等。2.H:定义,热力学第一定律，测量(等压热效应、等容热效应），计算（Hess定律、键焓），应用等。3.S:定义、热力学第三定律，计算、热力学第二定律、S的应用等。4.G:G-H方程，G与化学反应的方向。,习题：2.12.32.82.112.18,