普通化学第二章-化学反应的基本原理课件.ppt
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1、1第二章第二章 化学反应的基本原理化学反应的基本原理 与大气污染控制与大气污染控制2本章教学要求本章教学要求(3) 了解浓度、温度与反应速率的定量关系。了解了解浓度、温度与反应速率的定量关系。了解元反应和反应级数的概念。能用阿仑尼乌斯公式进元反应和反应级数的概念。能用阿仑尼乌斯公式进行初步计算。能用活化能和活化分子的概念,说明行初步计算。能用活化能和活化分子的概念,说明浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响。浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响。(1) 了解熵变及吉布斯函数变的意义,掌握化学反了解熵变及吉布斯函数变的意义,掌握化学反应应 rGm 的近似计算,能应用的近似计算,能应用 rGm
2、判断反应进行判断反应进行的方向。的方向。(2) 掌握掌握 rGm 与与K 的关系及有关计算,理解浓的关系及有关计算,理解浓度、压力和温度对化学平衡的影响。度、压力和温度对化学平衡的影响。32.1 化学反应的方向和吉布斯函数2.2 化学反应的限度和化学平衡2.3 化学反应速率本章内容本章内容4一、自发过程一、自发过程( spontaneous process) T2 T1 P2 P1 h2 h1 墨滴墨滴 Q 气体气体 液体液体 扩散扩散2.1 化学反应的方向和吉布斯函数化学反应的方向和吉布斯函数(1)(1) 具有不可逆性具有不可逆性单向性单向性(2)(2) 有一定的限度有一定的限度(3) (3
3、) 有一定物理量判断变化的方向和限度有一定物理量判断变化的方向和限度判据判据自发过程的共同特征:自发过程的共同特征:无须施加任何外力就能自动发生的过程叫无须施加任何外力就能自动发生的过程叫自发过程自发过程。5它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力,体系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。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,还与给定反应能否自发进行,还与给定的条件有关。的条件有关。根据什么来判断化学反应的方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?向或者说反应能否自发进行呢?2.1 化学反应的方向和吉布斯函数化学反
4、应的方向和吉布斯函数 二、影响反应方向的因素二、影响反应方向的因素许多放热反应能够自发进行。例如:许多放热反应能够自发进行。例如:1. 1. 反应的焓变化反应的焓变化(298.15K) = 285.83 kJmol-1rHmH2(g)+ O2(g) H2O(l)21(298.15K) = 55.84 kJmol-1rHmH+(aq) + OH-(aq) H2O(l)曾试图以反应的焓变曾试图以反应的焓变 ( (rHm) ) 作为反应自作为反应自发性的判据。发性的判据。认为在等温等压条件下,当认为在等温等压条件下,当 rHm 0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
5、明: : 有些吸热过程有些吸热过程(rHm 0) 亦能自发进行亦能自发进行。例如例如 1.1.NH4Cl(s) NH4+(aq) + Cl-(aq) rHm = 14.7 kJmol-12.Ag2O(s) 2Ag(s) + O2(g)12 rHm=31.05 kJmol-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。 8 2. 2. 混
6、乱度、熵和微观态数混乱度、熵和微观态数(1 1) 混乱度混乱度 系统有趋向于最大混乱度的倾向,系统有趋向于最大混乱度的倾向,或者说系统混乱度增大有利于反应自发或者说系统混乱度增大有利于反应自发地进行。地进行。许多自发过程有混乱度增加的趋势。许多自发过程有混乱度增加的趋势。盐在水中溶解盐在水中溶解气体的扩散气体的扩散9 熵熵是表示系统中微观粒子混乱度的一是表示系统中微观粒子混乱度的一个热力学函数,其符号为个热力学函数,其符号为S S。 系统的混乱度愈大,熵愈大。系统的混乱度愈大,熵愈大。 熵是状态函数熵是状态函数。 熵的变化只与始态、终态有关,而与熵的变化只与始态、终态有关,而与途径无关。途径无
7、关。 (2) (2) 熵和微观状态数熵和微观状态数10(3)(3)熵与化学反应的方向熵与化学反应的方向热力学第二定律热力学第二定律 在隔离系统中发生的自发进行反应必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趋向于极大值。这就是自发过程的热力学准则,称为学准则,称为熵增加原理熵增加原理。S隔离隔离 0 0 这就是隔离系统的熵判据。这就是隔离系统的熵判据。自发过程平衡状态11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
8、子的各种运动都将停止,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温实验事实和推测,总结出一个经验定律(4 4) 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值都在绝对零度时,一切纯物质的完美晶体的熵值都等于零。等于零。S (0 K) = 0热力学第三定律热力学第三定律也可以表述为也可以表述为“不能用有限的手段不能用有限的手段使一个物体冷却到绝对零度使一个物体冷却到绝对零度”。12熵变的计算熵变的计算熵值计算的参考点:熵值计算
9、的参考点: S (0 K) = k ln 1 = 0思考:指定单质的标准熵值是零吗?思考:指定单质的标准熵值是零吗?Sm (H+, aq, 298.15 K) = 0又规定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该物质的标准摩尔熵标准摩尔熵,以,以 S Sm m ( (或简写为或简写为S S ) )表示。表示。注意注意 S Sm m 的的 SI SI 单位为单位为J. mol-1. K-1。13根据上述讨论并比较物质的标准熵值,可以得出下面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:一些规律:(1) 对于同一种物质:对于
10、同一种物质: Sg Sl Ss(3) 对于不同种物质:对于不同种物质: S复杂分子复杂分子 S简单分子简单分子(4) 对于混合物和纯净物:对于混合物和纯净物: S混合物混合物 S纯物质纯物质 (2) 同一物质在相同的聚集状态时,其熵值随温度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。的升高而增大。 S高温高温S低温低温熵的性质熵的性质熵是状态函数,具有加和性。熵是状态函数,具有加和性。14利用这些简单规律,可得出一条定性判利用这些简单规律,可得出一条定性判断过程熵变的有用规律:断过程熵变的有用规律:对于物理或化学变化而论,几乎没有例对于物理或化学变化而论,几乎没有例外,外,一个导致气
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