天大第4版无机化学-教学课件-02-1化学反应的方向和吉布斯自由能变.pptVIP

第2章 化学反应的方向、速率和限度 * 无 机 化 学 崔建中 鲁凡丽 田昀 编制 高等教育出版社 出版 第八章 配位化合物 第1章 化学反应中的质量关系和能量关系 第二章  化学反应的方向、速率和限度 第二章 化学反应的方向、速率和限度 第一节 化学反应的方向和吉布斯自由能变 2.1.1化学反应的自发过程 自发过程 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。 例如: 水总是自动地从高处向低处流,铁在 　　 潮湿的空气中易生锈。 要使非自发过程得以进行, 外界必须作功。 例如：欲使水从低处输送到高处，可借助 水泵作机械功来实现。 注意：能自发进行的反应，并不意味着其 反应速率一定很大 2.1.2影响化学反应方向的因素 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。 能量越低，体系的状态就越稳定。 对化学反应, 很多放热反应在298.15K, 标 准态下是自发的。 例如: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) 　 ?rHm = -890.36 kJ·mol-1 曾试图以反应的焓变 (?rHm) 作为反应自发性的判据。认为在等温等压条件下，当 ?rHm 0时: 化学反应自发进行 ?rHm 0时: 化学反应不能自发进行 但实践表明: 有些吸热过程(?rHm 0) 亦能自发进行。 例如 1.NH4Cl(s) → NH4+(aq) + Cl-(aq) ?rHm = 14.7 kJ·mol-1 2.Ag2O(s) → 2Ag(s) + O2(g) 12 ?rHm=31.05 kJ·mol-1 可见，把焓变作为反应自发性的判据是不准确、不全面的。除了反应焓变以外，还有其它因素(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因素。 2.1.2影响化学反应方向的因素 为什么有些吸热过程亦能自发进行呢? 例如 1.NH4Cl(s) → NH4+(aq) + Cl-(aq) ?rHm = 14.7 kJ·mol-1 NH4Cl晶体中NH4+ 和Cl- 的排列是整齐有序的。NH4C1晶体进入水中后，形成水合离子(以aq表示)并在水中扩散。在NH4Cl 溶液中，无论是NH4+(aq)、Cl-(aq)还是水 分子，它们的分布情况比 NH4C1 溶解前 要混乱得多。 2.1.2影响化学反应方向的因素 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=31.05 kJ·mol-1 再如 　反应前后, 不但物质的种类和“物质的量”增多, 并产生了热运动自由度很大的气体, 整个物质体系的混乱程度增大。　　 化学反应的熵变 熵的性质： 熵是状态函数。 温度升高, 体系或物质的熵值增大。 据此, 可求得在其它温度下的熵值(ST)。 例如：我们将一种纯晶体物质从0K升到 任一温度(T),并测量此过程的熵变 量(ΔS), 则该纯物质在T K时的熵 ΔS ＝ST - S0 ＝ ST - 0 ＝ ST 化学反应的熵变 熵的概念： 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。 物质(或体系) 混乱度越大,对应的熵值越大。 符号：S 。单位: J?K-1 在0K时,一个纯物质的完美晶体,其组分粒子(原子、分子或离子)都处于完全有序的排列状态, 混乱度最小, 熵值最小。 把任何纯物质的完美晶体在0K时的熵值规定为零(S0＝0)。 标准摩尔熵 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熵。 符号：Sm 单位：J·mol-1·K-1 注意： (1) 纯净单质在298.15K时Sm≠0； (2) 物质的聚集状态不同其熵值不同； 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； (4) 气态物质的熵值随压力的增大而减小。 因为熵是一种状态函数 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，而与变化的途径无关。 ?rSm ＝Σ?i Sm(生成物) +Σ?i Sm(反应物) 标准摩尔反应熵变 计算反应：2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)的?rSm 例 解：　　　　　 2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g) Sm/(J·mol-1·K-1) 248.22 205.138 256.76 ?rSm＝2Sm(SO3)-[