2化学反应方向的判断解析.ppt
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1、学习情境二学习情境二 化学反应方向的判断化学反应方向的判断北京电子科技职业学院北京电子科技职业学院生物技术系生物技术系学习要点学习要点了解化学反应中的熵变及吉布斯函数变的意义;了解化学反应中的熵变及吉布斯函数变的意义;1掌握化学反应的标准摩尔吉布斯函数变掌握化学反应的标准摩尔吉布斯函数变(rGm )的近似计算;)的近似计算;2能用能用rGm (或(或rGm)判断反应进行判断反应进行的方向判断化学反应得自发和非自发过程。的方向判断化学反应得自发和非自发过程。3 在给定条件下能自动进行的反应或过程叫自自发反应发反应或自发过程自发过程。自发过程的共同特征:自发过程的共同特征:(1)具有不可逆性单向性
2、(2)有一定的限度(3)(3)可有一定物理量判断变化的方向和限度判据一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素气体向真空膨胀;p 例如:例如:热量从高温物体传入低温物体 T 浓度不等的溶液混合均匀 c 锌片与硫酸铜的置换反应等 G 它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力,体系恢复原状后,会给环境留下不可磨灭的影响。反应能否自发进行,还与给定的条件有关。根据什么来判断化学反应的方向或者说反应能否自发进行呢?一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素 自然界中一些自发进行的物理过程中,如物体下落等,都伴有能量的变化,系统的势能降低或损失了。这表明一个系统的势能有自发变小的倾向,或者说系统倾向于
3、取得最低系统倾向于取得最低的势能的势能。在化学反应中同样也伴有能量的变化,但情况要复杂得多。为此要引进热力学状态函数熵熵S 和吉布斯函数吉布斯函数G。这样,只有通过热力学函数的有关计算而不必依靠实验,即可知反应能否自发进行和反应进行的限度。一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素 在25C标准态条件下,上述二例都能自发进行。但它们的焓变却不一样,前者为放热反应,而后者则为吸热过程。如果用焓变作为反应能否自发进行的判据,则结论将彼此矛盾,因此,用焓变作为判据行不通。1.反应的焓变与熵变反应的焓变与熵变 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)(氢气燃烧)rHm=-571.66 kJ.mol-
4、1 H2O(s)=H2O(l)(冰的融化)rHm=44.012 kJ.mol-1一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素熵的定义:熵的定义:熵是系统内物质微观粒子的混乱度(或无序度)的量度。S=k ln k为玻尔兹曼常数,为系统的微观状态的数目(热力学概率)。思考思考:两种气体混合过程的熵变如何?混合过程使系统的混乱度增加,因此熵增加。混合过程使系统的混乱度增加,因此熵增加。一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素 在隔离系统中发生的自发进行反应必伴随着熵的增加,或隔离系统的熵总是趋向于极大值。这就是自发过程的热力学准则,称为熵增加原理熵增加原理。S隔离 0 这就是隔离系统的熵判据。热
5、力学第二定律的统计表达为:一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素 系统内物质微观粒子的混乱度与物质的聚集状态和温度等有关。在绝对零度时,理想晶体内分子的各种运动都将停止,物质微观粒子处于完全整齐有序的状态。人们根据一系列低温实验事实和推测,总结出一个经验定律:热力学第三定律热力学第三定律 在绝对零度时,一切纯物质的完美晶体的熵在绝对零度时,一切纯物质的完美晶体的熵值都等于零。值都等于零。S(0 K)=0 热力学第三定律也可以表述为“不能用有限的手段使一个物体冷却到绝对零度”。一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素熵变的计算熵变的计算熵值计算的参考点:S(0 K)=k ln 1=0思
6、考:指定单质的标准熵值是零吗?Sm(H+,aq,298.15 K)=0又规定 单位物质的量的纯物质在标准状态下的规定熵叫做该物质的标准摩尔熵标准摩尔熵,以 Sm(或简写为S )表示。注意 Sm 的 SI 单位为J.mol-1.K-1。一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素 根据上述讨论并比较物质的标准熵值,可以得出根据上述讨论并比较物质的标准熵值,可以得出下面一些规律:下面一些规律:(1)对于同一种物质:Sg Sl Ss(3)对于不同种物质:S复杂分子 S简单分子(4)对于混合物和纯净物:S混合物 S纯物质 (2)同一物质在相同的聚集状态时,其熵值随温度的升高而增大。S高温S低温熵是状态
7、函数,具有加和性熵是状态函数,具有加和性一、一、影响反应方向的因素影响反应方向的因素 利用这些简单规律,可得出一条定性判断过程熵变的有用规律:对于物理或化学变化而论,几乎没有例外,一个导致一个导致气体分子数增加的过程或反应总伴随着熵值增大气体分子数增加的过程或反应总伴随着熵值增大。即:S 0;如果气体分子数减少,S 0,非自发过程,过程能向逆方向进行G=0,平衡状态1.1.以以G G为判断标准为判断标准最小自由能原理最小自由能原理G 0吉布斯函数值减小,吉布斯函数值减小,G -w 自发过程-G =-w 平衡状态-G -w 非自发过程(2.8)-G=-wmax (2.9)式中,wmax表示最大电
8、功(见第四章有关内容)二、二、反应自发性的判断反应自发性的判断表表2 H、S 及及T 对反应自发性的影响对反应自发性的影响反反 应应 实实 例例HSG=HT S正反应的自发性正反应的自发性 H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)+自发自发(任何温度任何温度)2CO(g)=2C(s)+O2(g)+非自发非自发(任何温度任何温度)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(s)+升高至某温度时升高至某温度时由正值变负值由正值变负值升高温度有利于反升高温度有利于反应自发进行应自发进行N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)降低至某温度时降低至某温度时由正值变负值由正值变负值降低温度有利于反降低温度有利
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- 关 键 词:
- 化学反应 方向 判断 解析
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