第二章化学反应的能量和方向要点课件.ppt

1、21 热力学基础知识热力学基础知识22 化学反应过程中的热效应化学反应过程中的热效应23 热化学定律热化学定律24 化学反应的方向化学反应的方向v 系统和环境系统和环境系统的状态函数系统的状态函数热和功热和功热力学第一定律热力学第一定律过程的热过程的热分分 类类物质交换物质交换能量交换能量交换敞开体系敞开体系有有有有封闭体系封闭体系无无有有孤立体系孤立体系无无无无 表示系统的强度性质强度性质，不具有加和性，与物质组成多少无关。如密度、硬度、温度等。 表示系统的广延性质广延性质，具有加和性，与整体和部分中所含物质的多少成正比。如质量、体积等。Wp V 焓焓(H): H也为状态函数也为状态函数。H

2、 U + PV（1）定压热：）定压热：P 焓变等于等压热: 恒压恒容条件下(反应只有液态或固态的变化)，化学反应的焓变与内能改变相等:HU 若反应过程中有气体生成，则 HUpVUn RT o1122225 C100kPaCO(g)+ O (g)=CO (g)282.96kJ molHU 例： 在，时，已知反应的计算该反应的。解：11223111211 (1)298.15K () 8.314 10 kJ molK298.15K 1.239kJ mol1.239HUp VUnRTUHnRTHUnRTnTHUnRT 因为所以，该反应的焓变与热力学能变的差值：该差值占该反应焓变的百分比：（） （ 28

3、2.96100%0.438%)HU）可见，对于一个化学反应用焓变（）代替内能变（研究反应的热效应是可行的。封封闭闭系系统统 U = Q+W化学反应化学反应热效应热效应H H U封闭系统，非体积功封闭系统，非体积功为零，定容或定压为零，定容或定压W = W体积体积+W非体积非体积W非体积非体积=0一、反应进度一、反应进度二、反应的摩尔焓变二、反应的摩尔焓变三、热化学方程式三、热化学方程式ABYZABYZABYZABYZ ABYZABYZABYZABYZB HHrrml由于由于 表示反应进行的程度，故反应开始时表示反应进行的程度，故反应开始时 = 0 mol，当当 = 1 mol时，可理解为反应按

4、照所给定的反应式进时，可理解为反应按照所给定的反应式进行了行了1 mol反应反应。 当当 = 1 mol时，表示时，表示1mol N2(g)与与3mol H2(g)完全反完全反应生成应生成2mol NH3，即按反应方程式进行反应。，即按反应方程式进行反应。 r mHr 化化学学反反应应过过程程中中的的热热效效应应标准态标准态 热化学方程式热化学方程式用用rHm表示表示一、热化学定律（Hess定律）二、标准摩尔生成焓三、标准摩尔燃烧焓Hess rH m,3 rH m,4 rH m,5 rH m,2 rH m,1rH m,?rm,?rm,1rm,4rm,5rm,1rm,2HHHHHH EABCD

5、rH m,2 rH m,?rH m,1CCO2COrHm,1 = rHm,? + rHm2rHm,? = rHm,1 - rHm,2C (s) + O2 (g) = CO2 (g) rHm1 = 393.51 kJmol-1 CO (g) + 1/2 O2 (g) = CO2 (g) rHm2 = 282.97 kJmol-1- 得：得： (s) + 1/2 O2 (g) = CO (g) 则则 rHm = rHm1 - rHm2 = 393.51 -（ 282.97 ） = - 110.54 kJmol-1斜方S反应物稳定单质稳定单质生成物)(反应物mfH)(生成物mfHmrHBB(B )r

6、mfmHH r H m i fH m（生成物）（生成物）- i fH m（反应物）（反应物）计算下列反应在计算下列反应在 298K时的时的标准热效应标准热效应 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) = 4 NO(g) + 6H2O(g)解：查解：查P484附录附录2可得各物质的可得各物质的 () = 90.37 () = 241.8 k (NH3) = 46.19 k (O2) = 0 k= 4 （) 6 （) 4 (NH3) 5 (O2) = 4 90.376 241.8 + 4 46.195 0 = 904.6 k C H m （ BB(B)rmcmHH 例例10：盖斯定律认为化学反应

7、的热效应与途盖斯定律认为化学反应的热效应与途径无关，这是因为反应处在（径无关，这是因为反应处在（ ）。）。A. 可逆条件下进行。可逆条件下进行。B. 恒压无非体积功条件下进行。恒压无非体积功条件下进行。C. 恒容无非体积功条件下进行。恒容无非体积功条件下进行。D. 以上以上B. C.都正确。都正确。一、基本概念一、基本概念二、反应的方向与反应热二、反应的方向与反应热三、反应的方向与系统的混乱度三、反应的方向与系统的混乱度四、熵概念的初步四、熵概念的初步五、吉布斯自由能五、吉布斯自由能 波尔兹曼Boltzmann熵定义是：S = k ln CH4C2H6C3H8C10H22186.19229.4

8、9269.91540.53298K400K500K1000KH2O(g)188.74198.61208.49232.62C2H4(g)219.45233.84246.77301.50BB( B )rmmSS四、四、化学反应方向与吉布斯自由能化学反应方向与吉布斯自由能 吉布斯自由能的定义吉布斯自由能的定义判断反应方向要综合考虑判断反应方向要综合考虑焓变、焓变、熵变熵变和和温度温度的影响，比较麻烦，的影响，比较麻烦，且难于定量说明问题。且难于定量说明问题。1876年年美国化学家吉布斯美国化学家吉布斯（Gibbs）提）提出了一个新的函数出了一个新的函数G。 G = H TS例：BBrmfmGG 以

9、fHm ， kJmol-1 90.37 0 33.85Sm ，Jmol-1K-1 210.77 205.14 240.06fGm ， KJmol-1 86.69 0 51.99KJmol-1rHm = fHm fHm fHm kJmol-1 rSm = Sm Sm Sm rHm - T rSm KJmol-1= 34.10 3. rGm = 0 反应出于平衡状态，反应出于平衡状态， 此时，此时，T转转 = rHmrSm = 45.78 126.2 10-3 = 362.8（K） T362.8K时，反应自发进行。时，反应自发进行。rmrmrmrmrmrm(GHT SGHTSGHTS 判断系统的自发性)判断化学反应的自发性）判断标准态下的化学反应的自发性）rmrmHTS转0mrG0;0 ;0rmrmrmGGG化学反应的自发性判据平衡自发非自发00 0GGG系统变化的自发性判据平衡；自发非自发 一， 二 ， 2-17