天津大学无机化学02-1-化学反应的方向课件.ppt

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1、2023/2/9第一节第一节化学反应的方向化学反应的方向和吉布斯自由能变和吉布斯自由能变无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案第二章第二章 化学反应的化学反应的方向、速率和限度方向、速率和限度第一节第一节 化学反应的方向化学反应的方向 和吉布斯自由能变和吉布斯自由能变2023/2/92-1-1化学反应的自发过程化学反应的自发过程2-1-1化学反应的自发过程化学反应的自发过程自发过程自发过程例如例如:水总是自动地从高处向低处流，水总是自动地从高处向低处流，铁在潮湿的空气中易生锈。铁在潮湿的空气中易生锈。例如：欲使水从低处输送到高处，可借助例如：欲使水从低处输送到高处，可借助水泵作机械功来实

2、现。水泵作机械功来实现。在一定条件下不需外界作功，一经引发就在一定条件下不需外界作功，一经引发就能自动进行的过程，称为能自动进行的过程，称为自发过程。自发过程。要使非自发过程得以进行要使非自发过程得以进行,外界必须作功。外界必须作功。注意注意：能自发进行的反应，并不意味着其能自发进行的反应，并不意味着其反应速率一定很大。反应速率一定很大。2023/2/92-1-2影响化学反应方向的因素影响化学反应方向的因素2-1-2影响化学反应方向的因素影响化学反应方向的因素化学反应的焓变化学反应的焓变自发过程一般都朝着能量降低的方向进行自发过程一般都朝着能量降低的方向进行。能量越低，体系的状态就越稳定。能量

3、越低，体系的状态就越稳定。对化学反应，很多放热反应在对化学反应，很多放热反应在298.15K,标标准态下是自发的。准态下是自发的。例如例如:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)rHm=-890.36kJmol-1 2023/2/9曾试图以反应的焓变曾试图以反应的焓变(rHm)作为反应自发作为反应自发性的判据。性的判据。认为在等温等压条件下，当认为在等温等压条件下，当rHm0时时:化学反应不能自发进行化学反应不能自发进行但实践表明但实践表明:有些吸热过程有些吸热过程(rHm0)亦能自发进行亦能自发进行2.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)12 rHm=31.05kJmol-

4、1可见，把焓变作为反应自发性的判据是可见，把焓变作为反应自发性的判据是不准确不准确、不全面的不全面的。除了反应焓变以外除了反应焓变以外，还还有其它因素有其它因素(体系混乱度的增加和温度等体系混乱度的增加和温度等),也是影响许多化学和物理过程自发进行的也是影响许多化学和物理过程自发进行的因素。因素。例如例如 1.1.NH4Cl(s)NH4(aq)+Cl-(aq)rHm=14.7kJmol-12023/2/9为什么有些吸热过程亦能自发进行呢为什么有些吸热过程亦能自发进行呢?NH4Cl晶体中晶体中NH4和和Cl-的排列是整齐有的排列是整齐有序的序的。NH4C1晶体进入水中后晶体进入水中后，形成水合形

5、成水合离子离子(以以aq表示表示)并在水中扩散。在并在水中扩散。在NH4Cl溶液中溶液中，无论是无论是NH4(aq)、Cl-(aq)还是水还是水分子，它们的分布情况比分子，它们的分布情况比NH4C1溶解前溶解前要混乱得多。要混乱得多。+例如例如 1.1.NH4Cl(s)NH4(aq)+Cl-(aq)rHm=14.7kJmol-12023/2/9为什么有些吸热过程亦能自发进行呢为什么有些吸热过程亦能自发进行呢?2.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)12 rHm=31.05kJmol-1再如再如 反反应应前前后后对对比比,不不但但物物质质的的种种类类和和“物物质质的的量量”增增多多,并并产产生

6、生了了热热运运动动自自由由度度很很大大的的气气体体,整整个个物物质质体系的体系的混乱程度混乱程度增大。增大。2023/2/9化学反应的熵变化学反应的熵变熵的概念：熵的概念：体系内组成物质粒子运动的混乱程度。体系内组成物质粒子运动的混乱程度。熵是描述物质混乱度大小的物理量。熵是描述物质混乱度大小的物理量。物质物质(或体系或体系)混乱度越大混乱度越大,对应的熵值越大对应的熵值越大符号：符号：S 单位单位:J K-1在在0K时时,一个纯物质的完美晶体一个纯物质的完美晶体,其组分粒其组分粒子子(原子原子、分子或离子分子或离子)都处于完全有序的排都处于完全有序的排列状态列状态,混乱度最小混乱度最小,熵值

7、最小。熵值最小。把任何纯物质的完美晶体在把任何纯物质的完美晶体在0K时的熵值规时的熵值规定为零定为零(S00)2023/2/9化学反应的熵变化学反应的熵变熵的性质：熵的性质：熵是状态函数熵是状态函数温度升高温度升高,体系或物质的熵值增大。体系或物质的熵值增大。例如：我们将一种纯晶体物质从例如：我们将一种纯晶体物质从0K升到升到任一温度任一温度(T)，并测量此过程的熵，并测量此过程的熵变量变量(S)，则该纯物质在，则该纯物质在T K时时的熵的熵(ST)SST-S0ST-0ST2023/2/9标准摩尔熵标准摩尔熵某单位物质的量的纯物质在标准态下的熵某单位物质的量的纯物质在标准态下的熵值称为标准摩尔

8、熵。值称为标准摩尔熵。单位：单位：Jmol-1K-1符号：符号：Sm注意注意：(1)纯净单质在纯净单质在298.15K时时Sm0(2)物质的聚集状态不同其熵值不同物质的聚集状态不同其熵值不同同种物质同种物质 Sm(g)Sm(1)Sm(s)(3)物质的熵值随温度的升高而增大物质的熵值随温度的升高而增大(4)气态物质的熵值随压力的增大而减小气态物质的熵值随压力的增大而减小2023/2/9因为熵是一种状态函数因为熵是一种状态函数化学反应的标准摩尔反应熵变化学反应的标准摩尔反应熵变(rSm)只取决于反应的始态和终态，而与只取决于反应的始态和终态，而与变化的途径无关。变化的途径无关。rSmiSm(生成物

9、生成物)+iSm(反应物反应物)标准摩尔反应熵变标准摩尔反应熵变2023/2/9例例计算反应：计算反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的的 rSm解：解：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)Sm/(Jmol-1K-1)248.22205.138256.76 rSm2Sm(SO3)-2Sm(SO2)+Sm(O2)=2(256.76)-2(248.22)+205.138Jmol-1K-1=-188.06Jmol-1K-1注意熵的注意熵的符号和单位符号和单位2023/2/9化学反应的吉布斯自由能变化学反应的吉布斯自由能变热化学反应方向的判据热化学反应方向的判据摩尔吉布斯自由能变量摩尔吉

10、布斯自由能变量(简称自由能变简称自由能变)，以以 rGm表示，单位：表示，单位：kJmol-1吉布斯公式吉布斯公式在等温、等压下在等温、等压下,化学反应摩尔吉布斯自化学反应摩尔吉布斯自由能变由能变(rGm)与摩尔反应焓变与摩尔反应焓变(rHm)、摩尔反应熵变摩尔反应熵变(rSm)、温度、温度(T)之间有如之间有如下关系下关系:rGm rHmT rSm2023/2/9化学反应的吉布斯自由能变化学反应的吉布斯自由能变热化学反应方向的判据热化学反应方向的判据在等温在等温、等压的封闭体系内等压的封闭体系内,不作非体积功不作非体积功,rGm可作为热化学反应自发过程的判据。可作为热化学反应自发过程的判据。

11、即即:rGm0非自发过程，非自发过程，化学反应逆向进行化学反应逆向进行2023/2/9化学反应的吉布斯自由能变化学反应的吉布斯自由能变热化学反应方向的判据热化学反应方向的判据等温、等压的封闭体系内等温、等压的封闭体系内,不作非体积不作非体积功的前提下功的前提下,任何自发过程总是朝着吉任何自发过程总是朝着吉布斯自由能布斯自由能(G)减小的方向进行。减小的方向进行。rGm0时时,体系的体系的G降低到最小值降低到最小值,反应达平衡。此即为著名的反应达平衡。此即为著名的最小自由最小自由能原理能原理。2023/2/9各种各种情况情况符符号号反应情况反应情况 rHm rSm rGm1 1-+-任何温度下均

12、为任何温度下均为自发反应自发反应2 2+-+任何温度下均为任何温度下均为非自发反应非自发反应3 3+常温常温(+)+)高温高温(-)(-)常温下为非自发反应常温下为非自发反应高温下为自发反应高温下为自发反应4 4-常温常温(-)(-)高温高温(+)(+)常温下为自发反应常温下为自发反应高温下为非自发反应高温下为非自发反应“高温高温”是指是指当当T 时时 rHm rSm rGm rHm-T rSm2023/2/92-1-3热化学反应方向的判断热化学反应方向的判断2-1-3热化学反应方向的判断热化学反应方向的判断标准态时，吉布斯公式为：标准态时，吉布斯公式为：rGmrHm-TrSm等温、等压下等温

13、、等压下,反应在标准态时自发进反应在标准态时自发进行的判据行的判据rGm0在在298.15K、标准态下标准态下,分解不能自发进行。分解不能自发进行。2023/2/9解：解：CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)fHm/(kJmol-1)-1206.92-635.09-393.509Sm/(Jmol-1K-1)92.939.75213.74(2)解法解法rHm=fHm(CaO)+fHm(CO2)-fHm(CaCO3)=(-635.09)+(-393.509)-(-1206.92)kJmol-1=178.32kJmol-1rSm=Sm(CaO)+Sm(CO2)-Sm(CaCO3)=(39.75

14、+213.74)-92.9Jmol-1K-1=106.6Jmol-1K-1rGm(298.15K)=rHm(298.15K)-TrSm(298.15K)rGm=178.32-298.15106.610-3kJmol-1=130.4kJmol-10在在298.15K、标准态下标准态下,分解不能自发进行。分解不能自发进行。2023/2/9非标准摩尔吉布斯自由能变非标准摩尔吉布斯自由能变(rGm)的计算和反应方向的判断的计算和反应方向的判断 等温、等压及非标准态下等温、等压及非标准态下,对任一反应：对任一反应：cC+dDyY+zZrGm=rGm+RT lnJ J反应商反应商对于气体反应：对于气体反应

15、：p(Y)/p yp(Z)/p zJ=p(C)/p cp(D)/p d水溶液中离子反应：水溶液中离子反应：c(Y)/c yc(Z)/c zJ=c(C)/c cc(D)/c d纯固态或液态处于标准态，式中不出现纯固态或液态处于标准态，式中不出现2023/2/9例例MnO2(s)+4H+(aq)+2Cl-(aq)Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)rGm=rGm+RT lnJc(Mn2+)/c p(Cl2)/p =rGm+RT lnc(H+)/c 4c(Cl-)/c 2 非标态时：非标态时：rGm=rGm+RT lnJ2023/2/9例例计算计算723K、非标准态下，下列反、非标准态下，

16、下列反应的应的rGm，并判断反应自发进行的方向。，并判断反应自发进行的方向。2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)分压分压/Pa1.01041.01041.0108rHm=2fHm(SO3)-2fHm(SO2)+fHm(O2)=2(-395.72)-2(-296.83)kJmol-1=-197.78kJmol-1解：解：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)Sm/(Jmol-1K-1)248.22205.138256.76rHm/(kJmol-1)-296.830-395.72rSm=2Sm(SO3)-2Sm(SO2)+Sm(O2)=2(256.76)-2(248.22)+205.138J

17、mol-1K-1=-188.06Jmol-1K-12023/2/9rGm(723K)=rHm(723K)TrSm(723K)rHm(298K)TrSm(298K)rGm(723K)=(-197.78103)723(-188.06)Jmol-1=-61813Jmol-1rGm=rGm+RTlnJ=(-61813+124590.5)Jmol-1=62.777kJmol-1p(SO3)/p 2RTlnJ=8.314723lnJmol-1p(SO2)/p 2p(O2)/p (1.0108)2(1.0105)=8.314723lnJmol-1(1.0104)2(1.0104)=124590.5Jmol-

18、1rGm0，反应自发向左进行，反应自发向左进行2023/2/92-1-4使用使用rGm判据的条件判据的条件2-1-4使用使用 rGm判据的条件判据的条件反应体系必须是封闭体系，反应过程中体反应体系必须是封闭体系，反应过程中体系与环境之间不得有物质的交换，如不断系与环境之间不得有物质的交换，如不断加入反应物或取走生成物等。加入反应物或取走生成物等。反应体系必须不作非体积功反应体系必须不作非体积功(或者不受外界或者不受外界如如“场场”的影响的影响)，反之，判据将不适用。，反之，判据将不适用。例如：例如：2NaCl(s)2Na(s)+Cl2(g)rGm0反应不能自发进行反应不能自发进行,但如果采用电

19、解的方法但如果采用电解的方法(环境对体系作电功环境对体系作电功),则可使其向右进行。则可使其向右进行。2023/2/9 rGm只给出了某温度、压力条件下只给出了某温度、压力条件下(而且而且要求始态各物质温度、压力和终态相等要求始态各物质温度、压力和终态相等)反反应的可能性应的可能性,未必能说明其它温度、压力未必能说明其它温度、压力条件下反应的可能性。条件下反应的可能性。例如：例如：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)298.15K、标准态下、标准态下,rGm0,反应不能自发向右进行。反应不能自发向右进行。2023/2/9 rGm0的反应与反应速率大小是两回事的反应与反应速率大小是两回事例如

20、：例如：H2(g)+O2(g)H2O(l)rGm(298.15K)=-237.13kJmol-10反应能自发向右进行反应能自发向右进行,但因反应速率极小但因反应速率极小,可认为不发生反应；可认为不发生反应；若有催化剂或点火引发则可剧烈反应。若有催化剂或点火引发则可剧烈反应。第一节结束第一节结束第一节第一节 结束结束第二章第二章 化学反应的化学反应的方向、速率和限度方向、速率和限度无机化学多媒体电子教案无机化学多媒体电子教案学习目标学习目标1、复述故事，深入理解文章内、复述故事，深入理解文章内容，初步把握人物形象。容，初步把握人物形象。2、学会利用文中关键词句分、学会利用文中关键词句分析人物形象

21、。析人物形象。3、体会文章所揭示的深刻道、体会文章所揭示的深刻道理。理。故事发生的时间、地点、人物、故事发生的时间、地点、人物、事件的起因、经过和结果要复述事件的起因、经过和结果要复述清楚。清楚。看图复述课文内容看图复述课文内容自学指导自学指导(一一)1、作者运用哪几种方法去刻画人物的形象？从文、作者运用哪几种方法去刻画人物的形象？从文中找出具体句子进行分析。并说说你是如何看待这中找出具体句子进行分析。并说说你是如何看待这两个人物的。两个人物的。2、从这个故事中你懂得了什么道理？、从这个故事中你懂得了什么道理？自学指导自学指导(二二)陈尧咨（善射）陈尧咨（善射）卖油翁（善酌）卖油翁（善酌）动作

22、动作神态神态语言语言睨之睨之无他，但手熟尔无他，但手熟尔以我酌油知之以我酌油知之我亦无他，惟手熟尔我亦无他，惟手熟尔汝亦知射乎汝亦知射乎吾射不亦精乎吾射不亦精乎尔安敢轻吾射尔安敢轻吾射释担而立释担而立但微颔之但微颔之取取置置覆覆酌酌沥沥性格性格:自矜（骄傲）自矜（骄傲）谦虚谦虚对比对比道理道理:熟能生巧熟能生巧,即使有什么长处也不必骄傲自满。即使有什么长处也不必骄傲自满。忿然忿然笑而遣之笑而遣之笑而遣之笑而遣之1、联系生活、学习，说说熟能生巧的、联系生活、学习，说说熟能生巧的事例。事例。2、你认为一个人应该如何看待自己、你认为一个人应该如何看待自己的长处？又如何看待他人的长处？的长处？又如何看

23、待他人的长处？课外延伸课外延伸人外有人，天外有天。人外有人，天外有天。取人之长，补己之短。取人之长，补己之短。自满人十事九空，虚心人万事可自满人十事九空，虚心人万事可成。成。谦受益，满招损。谦受益，满招损。三人行，必有我师焉。三人行，必有我师焉。择其善者而从之，其不善者而改择其善者而从之，其不善者而改之。之。骄傲自满是我们的一座可怕的陷阱；而且，这个陷骄傲自满是我们的一座可怕的陷阱；而且，这个陷阱是我们自己亲手挖掘的。阱是我们自己亲手挖掘的。老舍老舍尺有所短；寸有所长。物有所尺有所短；寸有所长。物有所不足；智有所不明。不足；智有所不明。屈原屈原1、正视自己的长处，扬长避短，、正视自己的长处，扬长避短，2、正视自己的缺点，知错能改，、正视自己的缺点，知错能改，3谦虚使人进步，谦虚使人进步，4、人应有一技之长，、人应有一技之长，5、自信是走向成功的第一步，、自信是走向成功的第一步，6强中更有强中手，一山还比一山高，强中更有强中手，一山还比一山高，7艺无止境艺无止境8、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦训练才能有所收获，取得成效。训练才能有所收获，取得成效。9、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视；、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视；10、智者超然物外、智者超然物外