(9.2.7)--2.3.3化学反应方向.pdf

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1、工程化学工程化学工程化学工程化学化学反应化学反应化学反应化学反应的基本的基本的基本的基本规律规律规律规律化学反应的方向化学反应的方向（化学反应的方向化学反应的方向（3 3 3 3）Engineering Chemistry化学反应的方向化学反应的方向（化学反应的方向化学反应的方向（3 3 3 3）目 录CONTENTS自发过程的判据吉布斯-亥姆霍兹方程标准摩尔生成吉布斯函数亥姆霍兹方程函数热力学第一定律导出了热力学能为了处理化学反应的方向化学反应的方向1.自发过程的判据热力学第一定律导出了热力学能，为了处理学问题，定义了焓。热力学第二定律导出了熵，但系统必须是统，需同时考虑系统和环境的熵变，很

2、不方便大多数化学反应是在恒温恒容或恒温恒压大多数化学反应是在恒温恒容或恒温恒压积功为零的条件下进行的。在这两种条件下引入新的热力学函数，来判断自发过程的为了处理热化为了处理热化必须是隔离系很不方便。化学反应是在恒温恒容或恒温恒压非体化学反应是在恒温恒容或恒温恒压，非体在这两种条件下，有必要自发过程的方向和限度。1876年美国物理化学家吉布斯（J.W.Gibbs一个综合系统焓（H）、熵（S）、温度系的状态函数称为吉布斯函数用G表示化学反应的方向化学反应的方向系的状态函数，称为吉布斯函数，用G表示断恒温、恒压条件下过程的自发性。定义：TSHG 在恒温、恒压和只做体积功的封闭向吉布斯函数减少的方向进

3、行。向吉布斯函数减少的方向进行。G0 非自发过程，其逆过程自发进行J.W.Gibbs）提出温度（T）三者关表示可以判表示，可以判恒压和只做体积功的封闭体系，反应总其逆过程自发进行根据定义式TSHG 化学反应的方向化学反应的方向2.吉布斯-亥姆霍兹方程在恒温条件下有G=H即为吉布斯-亥姆霍兹（Gibbs-Helmholtz是热力学中非常重要的公式。将此方程式应用于化学反应，可得STHG 反应，可得r rm mr rm mr rSTHG 化学反应大多是在恒温、恒压且系统不做非体积功的条件下进行的，可利用上式判断反应的自发性TSHelmholtz）方程，将此方程式应用于化学Sm mS恒压且系统不做非

4、体积可利用上式判断反应的自发性。化学反应的方向化学反应的方向自发过程平衡状态0 m mr rG0 m mr rG)()(TTHTG r rm mr rm mr r非自发过程，其逆过程自发进行0 m mr rG对于标准状态下的化学反应系统，可写为如果忽略温度的影响，)298()(STKHTG r rm mr rm mr r)(TS m mr r其逆过程自发进行可写为)298(KS m m化学反应的方向化学反应的方向焓变、熵变既可为正值，也可以是负值可高可低，不同条件下对反应方向的影响可概括为类类型型HS G=H-TS反应反应的自发性的自发性1-+-自发自发2H2O22+-+非自发应非自发应2CO

5、(g3-低温低温为为-高温为高温为+低温低温:自发自发高温高温:非自发非自发HCl(g4+低温低温为为+高温为高温为-低温低温:非非自发自发高温高温:自自 发发CaCO也可以是负值，温度也不同条件下对反应方向的影响可概括为:举例举例2(g)=2H2O(g)+O2(g)2CO(g)=C(s)+O2(g)(g)+NH3(g)=NH4Cl(s)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)定义：化学反应的方向化学反应的方向3.标准摩尔生成吉布斯函数定义：在标准状态下，由元素最稳定单质生成物质B的吉布斯函数变，为该物质B的标准摩尔生成吉布斯函数，用 符号表示是kJmol-1。),(TBGmf mfG显然

6、，元素最稳定单质的由元素最稳定单质生成lmol的标准摩尔生表示，其单位0 对于化学反应BBB0计算标准摩尔反应吉布斯函数化学反应的方向化学反应的方向的公式为：(B)BmfBmr GG即:标准摩尔反应吉布斯函数为同温度下前后各物质的标准摩尔生成吉布斯函数前后各物质的标准摩尔生成吉布斯函数系数的乘积之和。计算标准摩尔反应吉布斯函数(B)摩尔反应吉布斯函数为同温度下，反应标准摩尔生成吉布斯函数与其化学计量标准摩尔生成吉布斯函数与其化学计量例1 制取半导体材料硅可用下列反应SiO2（s,石英）+2C（s,石墨（1）计算该反应的15.298(mrKH （3）计算用该反应制取硅时，反应自发进行的温度条件解

7、:SiO2（s,石英）+2Cmr（2）计算该反应的件下能否自发进行；)15.298(mrKG mfH查表得-910.94 0 0 mS41.84 5.740 18.83 197.674制取半导体材料硅可用下列反应：石墨）Si（s）+2CO（g）及;)15.298(mrKS )K反应自发进行的温度条件。+2C（s,石墨）Si（s）+2CO（g）mr判断此反应在标准态，298.15K条)910.94 0 0 -110.52541.84 5.740 18.83 197.674化学反应的方向化学反应的方向SiO2（s,石英）+2C（s,石墨）Si（s）)()15.298(mfBmrBHKH )()(m

8、fBmr )()15.298(mBmrBSKS 0molkJ89.6892)94.910(molkJ0)525.110(2)(SiO(Si)(CO)2112mfmfmf HHH)()15.298(mBmrBSKS 11mmmKmolJ858.360(SiO(Si)(CO)2 SSS）+2CO（g）molkJ02(C)2)1mf Hm2(C)2)S化学反应的方向化学反应的方向 BmfBmr)()2(BGG(SiO(Si)(CO)2 GGG(3)若反应自发进行，则298()298()(STKHTGm mr rm mr rm mr r0molkJ304.582(SiO(Si)(CO)212mfmfm

9、f GGG即当温度高于1191.8K时，反应可以自发进行KSTKHT858.360/(89.689)298(/)298(m mr rm mr r(C)2)G0)298 K(C)2)mf2 G反应可以自发进行。K8.1911)108583 吉布斯(1839学物理学家科学家简介学物理学家。他的著名论文学的一个新分支得以发展其引入数学物理之中出了吉布斯函数及吉布斯相律等出了吉布斯函数及吉布斯相律等吉布斯函数，并以(1839年-1903)，美国物理化学家、数的著名论文“非均相物质的平衡”使物理化学的一个新分支得以发展。他创立了向量分析并将其引入数学物理之中。他奠定了统计力学基础，提出了吉布斯函数及吉布斯相律等。函数H-TS称为出了吉布斯函数及吉布斯相律等。函数H TS称为并以他姓的第一个字母表示，记为G。小结自发过程的判据自发过程的判据吉布斯-亥姆霍兹方程标准摩尔生成吉布斯函数标准摩尔生成吉布斯函数亥姆霍兹方程标准摩尔生成吉布斯函数标准摩尔生成吉布斯函数