第五章 吉布斯自由能与化学平衡.ppt

第五章 吉布斯自由能和化学平衡;一、自发过程与化学反应的方向性 ？ 什么是自发过程 ？ 什么是化学反应的方向 ？ 自发过程、自发反应有哪些共同的特点;1、什么是自发过程 无须外力的干涉，“任其自然，不去管它，便能自动进行下去的过程，称为自发过程。;2、什么是化学反应的方向 指的是化学反应自发进行的方向，例如： 2 H2 + O2 = 2 H2O Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 AgNO3 + NaCl = AgCl + Na NO3;3、自发过程、自发反应有哪些共同的特点？ a)单向自发，逆向则为非自发，但非自发并不等于不可能，只是说需要外力的推动。 b)自发的过程进行有一定的限度，即最终达到平衡。 c)自发的过程的内在推动力是什么？ A、能量倾向于较低，例如放热反应 B、混乱度倾向于增加 ; 历史上曾有人，用焓变作为化学反应的方向 性的判据。但对有些情况，遭到了失败。例如： 水的蒸发（吸热） NH4Cl的溶解 N2O5 = 2 NO2 + 1/2 O2 这种失败，其原因是，只考虑了化学反应能量这一个方面的因素。但决定整个化学反应方向的还有另外一个重要因素，即：“混乱度”的因素。因此，要全面考察化学反应的方向，还必须引入一个新的热力学状态函数——熵。 ;二、物质的标准熵与化学反应的熵变 ？ 体系的混乱度与熵 ？ 热力学第三定律与物质的标准摩尔规定熵 ？ 化学反应的标准摩尔熵变 ？ 熵变与化学反应的方向——热力学第二定律;1、体系的混乱度与熵 混乱度：排列的无规律、不整齐的程度 熵：表征体系混乱度的一种状态函数 体系的熵，就是指体系的混乱度，指体系内部所有物质的威力排列不整齐、无规则的程度。;什么情况下，混乱度过增加？ 物质的三态 固态 液态 气态 溶解的过程 溶质的分子与溶剂的分子混合到一起 化学反应 反应前后，气态物质的总分子数增加 CaCO3 = CaO + CO2 温度 温度越高，混乱度越大，熵值越大;自发过程，往往是混乱度增加的过程 # 墨水在清水中的扩散 # 火柴棒散乱 # 冰的融化，水的气化 # 锌粒在酸溶液中反应溶解;2、热力学第三定律与物质的标准摩尔规定熵 既然熵指的是体系的混乱度，那么，对于一个特定的物质体系，什么时候物质的微粒排列最整齐，物质的熵值为零？热力学第三定律就给我们指出了物质熵的零点： 热力学第三定律：任何物质的完美晶体，在绝对0 K时的熵值为零。 * 完美晶体：无缺陷，所有微粒都整齐地排列于晶格节点处。 * 绝对0K: 没有热运动，是一种理想的完全有序状态。; 有了熵的这个“零点”，则可通过热力学的方法，求出某一状态下的物质的绝对熵ST (Absolute Entropy, 又称规定熵）：;物质的标准摩尔规定熵 (简称：物质的标准熵） 在标准状态下（100kPa), 1 mol纯物质的规定熵，称为该物质的标准摩尔规定熵，以符号Sm (T)表示。单位：J ? K-1 ? mol-1。 一些常见物质的标准摩尔规定熵，可查课本附录3。从《物理化学手册》相关表格，可获得许多物质的数据。;3、化学反应的标准摩尔熵变 在特定的温度之下（如不特别指明，则为298K）如果参加化学反应的各物质（包括反应物和产物）都处于热力学标准状态（p=p ），此时化学反应的过程中的熵变即称作：该反应的标准熵变，以符号ΔrS 表示之。 当化学反应进度ξ=1时，化学反应的熵变为化学反应的标准摩尔熵变。以符号ΔrSm 表示之。 ;化学反应的标准摩尔熵变的计算： a A + b B = d D + e E ΔrSm = ΣνSm(生成物) — ΣνSm(反应物) ;4、熵变和化学反应的方向 ——热力学第二定律 热力学第二定律：在孤立体系中发生的任何化学反应或化学变化，总是向着熵值增大的方向进行，即孤立体系的自发过程，ΔS孤立0。