[第二章化学热力学基础21.ppt

20050926 05级 药学中药 无机化学 Chapter 3 化学反应速率 1. 反应的方向 (△rGm ? ﹤0 ?) 指定条件下，正反应可否自发进行； 2. 反应的限度——如果正反应可自发进行，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？（ △rHm﹤0,放热; △rHm﹥0,吸热） 4. 反应机理——反应是如何进行的？ 5. 反应速率——反应多快？ 化学热力学的研究对象 化学热力学主要是从宏观的角度研究化学反应的能量变化，研究化学反应的方向，限度等问题。 热力学的基本概念 　　1、系统和环境 　　被研究的物质称为系统。也就是说为了研究的需要和周围的物质和空间隔离开来的被研究的对象。 　　而系统以外的与体系有密切关系的周围部分称为环境。 　　如AgNO3与NaCl在溶液中的反应；含有这两种物质的水溶液就是体系；而溶液之外的一切东西(烧杯、玻璃棒、溶液上方的空气等)都是环境。 物质交换 能量交换 敞开系统 有 有 (open system) 封闭系统 无 有 (closed system) 孤立系统 无 无 （isolated system） 热和功不是体系固有的性质 1.体系的状态不变（一定）无热和功。 2.体系的状态改变（发生一个“过程”）体系与环境有能量交换，有热或功。 因此，热和功总是与过程所经历的途径相关，热和功都不是状态函数，其值与“途径”有关 。 2.2 四个重要的状态函数 　　如:2HgO(s)===2Hg(l)+O2(g) ?rH?= +181.4kJ·mol-1 　　此反应为 反应 2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　?rH?= - 571.6kJ·mol-1 　　此反应为 反应 　　化学反应的焓变是随温度而变化的 　　如：1.01×105Pa下 N2+3H2?2NH3 　　?rH?(298K) = - 92.4kJ·mol-1 　　?rH?(773K) = - 106.1kJ·mol-1 CaCO3?CaO+CO2 　　?rH?(298K) = 178kJ·mol-1 　　?rH?(1000K) = 175kJ·mol-1 　　可以看出有的反应随温度的变化大些，有的小些，但总的来说变化不大。 　　由?rG?(T)=?rH?(298K)-T?rS?(298K)公式可得： ?rG?只能判断反应体系中各物质都处于标准状态，各种物质的分压或浓度均为1单位位时，反应进行的方向。(1单位：Pa/105，atm/1atm，mol/1mol) 　　 当反应体系中各物质的分压或浓度不为1个单位时，必须用?rG大于或小于零去判断反应进行的方向。 　　 对于如何求得?rG，可用下列公式 ?rG=?rG?+RTlnJ　R=8.314J·K-1·mol-1 　　这里J为浓度商或压力商(即浓度压力均为1单位) §2.3 化学热力学的应用 1. 反应的方向 (△rGm ? ﹤0 ?) 指定条件下，正反应可否自发进行； 2. 反应的限度——如果正反应可自发进行，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？（ △rHm﹤0,放热; △rHm﹥0,吸热） 4. 反应机理——反应是如何进行的？ 5. 反应速率——反应多快？ Leave it blank on purpose 化学热力学的应用 　　反应的自发性 　　实验：烧杯①中放0.5mol·L-1CuSO4；烧杯②中放0.5mol·L-1ZnSO4；往①中放一块Zn片，往②中放一块Cu片,片刻后取出Cu片和Zn片，Cu片无变化，说明无反应。Zn片上有一层黑色物质，(若浓度稀时间长则得到一层赤红而光泽的物质)，这黑色物质就是Cu，说明①杯中Zn与Cu2+(aq)发生了反应。 Zn+Cu2+(aq)===Cu+Zn2+(aq) 　　而其逆过程 Cu+Zn2+(aq)===Zn+Cu2+(aq) 　　则不能反应，所以化学过程是有一定的方向的。 　　铁生锈，但锈不可能自动变为铁。 化学热力学的应用 　　自然界中发生的过程也都具有一定和方向性。如水往低处流，水不会自动地由低处向高处流。高温物质的能