化学反应的方向学习培训模板课件.ppt

1、1 热效应与焓变热效应与焓变 一一 焓与焓变焓与焓变 1.热力学第一定律与焓变热力学第一定律与焓变 2.焓与焓变的性质焓与焓变的性质 3.热化学方程式热化学方程式 二热化学及焓变的计算二热化学及焓变的计算 1.热化学定律（热化学定律（Hess定律定律）2.焓变的计算焓变的计算 第二章 化学反应的方向2 反应方向的判断反应方向的判断反应自发进行的方向反应自发进行的方向 一熵一熵(s)和熵变和熵变(S)1.熵熵(s)的概念的概念 2.熵和熵变熵和熵变(S)的性质的性质 3.熵变的计算熵变的计算 4.熵增加原理熵增加原理 (1)用用Hess定律定律 (2)用生成焓用生成焓(Hf)(3)用键焓用键焓(

2、HB)二二.Gibbs自由能自由能(G)与与Gibbs自由能变化自由能变化(G)1.G和和 G的含义的含义 2.G和和 G的性质的性质 3.G(G)计算计算 4.用用 G，Gibbs公式判断反应方向公式判断反应方向 5.G的物理意义及应用的物理意义及应用无机化学无机化学化学反应化学反应物质结构物质结构元素及化合物的性质元素及化合物的性质热效应热效应方向方向限度限度速率速率化学热力学化学热力学化学动力学化学动力学 1.C(s)+O2(g)=CO2(g)放热放热393kj/mol 2.CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)吸热吸热179kj/mol 3.Zn(s)+2MnO2(s)+2NH4

3、+(aq)=Zn(NH4)22+(aq)+Mn2O3(s)+H2O(l)输出输出 =1.5V 4.2NaCl(aq)+2H2O(l)=Cl2(g)+H2(g)+2NaOH(aq)输入输入 =2.5V 5.2Mg(s)+O2(g)=2MgO(s)+h 放光放光 6.6CO2(g)+6H2O(l)C6H12O6(s)+6O2(g)吸收光能吸收光能 h化学热力学及其研究目的 热力学：是研究能量相互转化规律的科学。化学反应 过程中的两个变化：物质和能量 3 H2(g)+N2(g)=2 NH3(g)Q=-92.2 kJ （放热）化学热力学：是研究化学变化与能量变化关系的 科学。研究目的：讨论化学反应的方

4、向，化学反应进 行的程度等。热化学：是研究化学反应中热效应的科学。1 热效应与焓变热效应与焓变 热力学中的常用术语 体系（敞开、封闭、隔离）和环境 状态和状态函数 途径和过程 热和功 内能状态函数的性质：状态函数的性质：状态状态状态状态状态状态H1H2H3H1=H2+H3(P1,V1,T1)(P2,V2,T2)(P3,V3,T3)（1）是）是单值函数单值函数，一个状态由一组确定的状态函数表述；，一个状态由一组确定的状态函数表述；（2）其改变量只与）其改变量只与始、终态始、终态有关，与途径无关；有关，与途径无关；（3）状态函数的）状态函数的集合集合（和、差、积、商）也为状态函数。（和、差、积、商

5、）也为状态函数。是一个是一个无限小的连续过程无限小的连续过程，体系随此过程的变，体系随此过程的变化做功的同时，吸热或放热，是可逆的。化做功的同时，吸热或放热，是可逆的。PbP1P2PdV1V2VbVd123始态始态:P1,V1 终态终态:P2,V2 途径途径 a:P1,V1 P2,V2 途径途径 b:P1,V1 Pb,Vb P2,V2途径途径 c:P1,V1 Pb,Vb Pd,Vd P2,V2所做的功：所做的功：途径途径:a b 0 S孤 0 自发 S孤 0 非自发 S孤=0 体系处于平衡状态但对于封闭体系，上述结论不适用：-10 C的液态水会自动结冰，尽管是熵减少。因为结冰过程中，体系放热到

6、环境（H 0 该条件下，非自发)s(CaCO,G)g(CO,G)s(CaO,GG3f2ff 在标态下，升温到在标态下，升温到1273K时，时，G 0,反应反应能够进行。能够进行。G(T)=H 298 T S 298 H 和和 S 随温度变化很随温度变化很小，可用小，可用298K下的数据来下的数据来计算任意温度下的计算任意温度下的 G(T)。127387347320010000H=+178(kJ/mol)G(T)T(K)5、G的物理意义（1）G和非体积功的关系 maxWG（2-18）此式表示，可逆过程Gibbs自由能的减少等于恒温恒压下体系所做最大非体积功。（2）G-H方程的应用转T 即为由自发

7、反应转变为非自发或由非自发转变为自发反应的转变温度。0G时，当STHSHT转（2-19）化学反应的 G 与自发性 H S G=H T S 低温低温 高温高温正向正向反应自发性反应自发性随温度的变化随温度的变化任何温度下任何温度下均自发均自发任何温度下任何温度下 均非自发均非自发低温时低温时 自发自发高温时高温时 非自发非自发低温时低温时 非自发非自发高温时高温时 自发自发当当 G =0 时时,H =T转转 S ，T转转=H /S 自发反应自发反应 非自发反应非自发反应 T转转例 1：CH3CH=CHCH3(g)+0.5 O2(g)CH2=CHCH=CH2(g)+H2O(g)H =-77 kJ

8、mol-1 S =+0.072 kJ mol-1 K-1 G (T)=H T S =-77 0.072 T 属于属于(，+）型）型 在任意温度下在任意温度下 时，时，G (T)都小于零，从热力学上都小于零，从热力学上来说，正向反应在标态下能自发进行。来说，正向反应在标态下能自发进行。实际上，丁烯与氧气在常温常压下反应太慢，需使实际上，丁烯与氧气在常温常压下反应太慢，需使用催化剂。用催化剂。例 2：CO(g)C(s)+0.5 O2(g)H =+111 kJ mol-1 S =-0.090 kJ mol-1 K-1 G (T)=H T S =111+0.090 T 属于属于(+(+，）型）型 在任

9、意温度下在任意温度下 时，时，G (T)都大于零，即在标态和都大于零，即在标态和任意温度下，正向反应都不能自发进行。任意温度下，正向反应都不能自发进行。例 3：N2(g)+O2(g)2NO(g)H =+18 kJ mol-1 S =+0.025 kJ mol-1 K-1 G (T)=H T S =181 0.025 T 属于属于(+(+，+）型）型 低温时，低温时，G (T)为正，高温时，为正，高温时，G (T)为负，为负，T转转=H /S =181/0.025=7200 K 空气中的氧气在常压常温下，不能与氮气反应。但空气中的氧气在常压常温下，不能与氮气反应。但在雷电时，瞬间局部高温有可能使

10、该反应发生。在雷电时，瞬间局部高温有可能使该反应发生。“雨雨水肥田水肥田”例 4：N2(g)+3 H2(g)2NH3(g)H =-92.2 kJ mol-1 S =-0.199 kJ mol-1 K-1 G (T)=H T S =-92.2+0.199 T 属于属于(-(-，-）型）型 低温时，低温时，G (T)为负，高温时，为负，高温时，G (T)为正，为正，T转转=H /S =92.2/0.199=463 K（190 C)在标态时，在在标态时，在190 C以下，反应自发，在高压下以下，反应自发，在高压下(30 Mpa)，反应温度可更高。，反应温度可更高。由实验具体来定。由实验具体来定。作业

11、题作业题:2.5,2.8,2.13,2.16,2.18 第二章小结第二章小结 (主要内容主要内容)三种热力学函数三种热力学函数:H,H,S,S,G,G1.导出导出 (1)热力学第一定律热力学第一定律 H、H (2)热力学第二定律（热力学第二定律（熵增加熵增加原理）原理）S、S(概念概念)(3)热力学第一定律热力学第一定律 熵增加原理熵增加原理 G、G2.性质(1)状态函数 对标态的规定 标态与非标态的区别 数据表的运用(标态,298K时可查表。标态，T298K时,在一般情况下,可 查表计算 H,S，不能计算G)(2)容量性质（加和性，广度量）(3)与温度（T）的关系 T对 H、S影响不大，一般

12、情况下可忽 略,而T对H,S,G和G影响大,不能忽略。3.计算计算 (1)H(H)的计算的计算(三种计算方法三种计算方法)热化学方程式和热化学定律的应用热化学方程式和热化学定律的应用 （Hess定律的应用定律的应用）(2)S(S)的计算的计算(三种计算方法三种计算方法)(3)G(G)的计算的计算(四种计算方法四种计算方法)4.应用应用(1)(1)反应自发性的判断反应自发性的判断 标态下：标态下：G 0正向自发正向自发 G 0正向非自发正向非自发 G=0 平衡状态平衡状态非标态下：非标态下：G 0正向自发正向自发 G 0正向非自发正向非自发 G=0 平衡状态平衡状态 G 40 KJ/mol 正向自发正向自发 G +40 KJ/mol 正向非自发正向非自发(2)W(max)的计算：的计算：G=W(max）