第2章化学反应的方向优秀课件.ppt

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1、第2章化学反应的方向1第1页，本讲稿共21页学学 习习 要要 点点1 1、理解、理解熵与吉布斯自由能熵与吉布斯自由能；2、理解理解熵增原理熵增原理；3、掌握掌握吉布斯自由能的吉布斯自由能的应用。应用。2第2页，本讲稿共21页2.3 化学反应的方向化学反应的方向推动化学反应的推动化学反应的神秘力量神秘力量是是Zn+Cu2+常温常压下常温常压下显然，一定条件下，化学反应显然，一定条件下，化学反应自发地自发地朝向某一方向朝向某一方向。Zn2+Cu3第3页，本讲稿共21页自发过程自发过程瀑布瀑布高势能高势能低势能低势能4第4页，本讲稿共21页自发过程自发过程气流扩散气流扩散高压区高压区高压区高压区低压

2、区低压区5第5页，本讲稿共21页2.3.1自发过程的定义自发过程的定义 其其相相反反过过程程就就叫叫做做非非自自发发过过程程，它它不不会会自自动动地进行的，需环境对系统做非体积功才能进行地进行的，需环境对系统做非体积功才能进行。一一定定条条件件下下，不受外界影响，就能自动进行的过程，称为，称为自发过程自发过程。6第6页，本讲稿共21页自发过程的特征自发过程的特征 (2)(2)只能进行到只能进行到一定的限度一定的限度。当过程进行。当过程进行到一定程度后，过程会处于平衡状态。到一定程度后，过程会处于平衡状态。(1)(1)单方向单方向地进行。相同条件下不可能自发地地进行。相同条件下不可能自发地逆向进

3、行。要使其逆转，必须借助外力，即环境逆向进行。要使其逆转，必须借助外力，即环境对体系作功。夏天室内气温的降低需要借助空调对体系作功。夏天室内气温的降低需要借助空调机做功（消耗电能达到）。机做功（消耗电能达到）。“一一言言既既出出，驷驷马马难难追追”；“泼泼水水难难收收”7第7页，本讲稿共21页 (3)(3)自发过程自发过程都可以都可以用来作功用来作功。许多自发过程是许多自发过程是体系能量的降低体系能量的降低的过程，放出的的过程，放出的能量可以用来作能量可以用来作功。功。8第8页，本讲稿共21页反应物反应物的总能量高的总能量高生成物生成物的总能量低的总能量低放放热热反反应应（1）C(石墨石墨)+

4、O2(g)CO2 2(g)(g)rHm 393.5 kJmol-1 鉴于许多能自发的反鉴于许多能自发的反应是放热的基础上。应是放热的基础上。19世世纪纪70年代，贝赛洛提出经验规年代，贝赛洛提出经验规则：在没有外界的参与下，化则：在没有外界的参与下，化学反应总朝着放热更多的方向学反应总朝着放热更多的方向进行。进行。寻找化学反应方向的判据寻找化学反应方向的判据 用反应的焓变用反应的焓变rH 来作为反应能否自发进行的判来作为反应能否自发进行的判断依据，且认为放热越多，反应越易自发进行。断依据，且认为放热越多，反应越易自发进行。9第9页，本讲稿共21页无情地被推翻无情地被推翻（1）N2O5(g)2N

5、O2(g)+1/2O2(g)r Hm +56.7 kJ mol-1 在给定的条件下，在给定的条件下，单凭单凭焓变焓变并不能判断反应的自发性，并不能判断反应的自发性，反应是否放热只是反应是否放热只是有利于有利于反应自发进行的一个反应自发进行的一个重要因素重要因素，应该还存在别的也能决定反应自发的因素。应该还存在别的也能决定反应自发的因素。结论结论（2）CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)rHm 178 kJmolJmol-110第10页，本讲稿共21页桂桂子子月月中中落落，天天香香云云外外飘飘自发过程自发过程八月桂花香八月桂花香高浓度区高浓度区低浓度区低浓度区11第11页，本讲稿共21页自

6、发过程气体混合自发过程气体混合等温等压等温等压条件下过程过程过程过程自发自发自发自发混乱度混乱度大大混乱度混乱度混乱度混乱度小小前前后后混乱度混乱度:系统内部质点运动的混乱程度。系统内部质点运动的混乱程度。12第12页，本讲稿共21页2.3.2 熵概念初步熵概念初步 符号为符号为S。SI单位为单位为Jmol1K1。系统混乱度越大熵值越大，混乱度越小熵值越小。系统混乱度越大熵值越大，混乱度越小熵值越小。熵熵:是系统内部质点运动的混乱度的量度是系统内部质点运动的混乱度的量度(热力学热力学)在孤立系统中,实际发生的过程,总是朝着熵值增大的方向，此即熵增原理。混乱度混乱度:系统内部质点运动的混乱程度。

7、系统内部质点运动的混乱程度。热力学已经证实：热力学已经证实：13第13页，本讲稿共21页生成物生成物的总熵值的总熵值反应物反应物的总熵值的总熵值熵熵增增反反应应寻找化学反应自发方向的判据寻找化学反应自发方向的判据14第14页，本讲稿共21页 热热力力学学第第三三定定律律指指出出：在在绝绝对对零零度度（0K）时时，任任何何物物质质的的完完整整晶晶体体的的熵熵等等于于零零，由由此此就就可可以以测测量量任任何何物物质在温度质在温度T时熵的绝对值。时熵的绝对值。热力学第三定律热力学第三定律 标标准准状状态态下下1mol物物质质在在TK时时的的熵熵S称称为为该该物物质质在在TK时时的的标标准准摩摩尔尔熵

8、熵，用用符符号号表表示示Sm。298K时时,一一些些重重要要物物质质的的Sm列于附录。列于附录。15第15页，本讲稿共21页 化学反应的化学反应的rSm rSm S (生成物生成物)-S (反应物反应物)一般地，对于反应：一般地，对于反应：m A+n B x C+y D例题例题 计算反应计算反应 CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)在在298K时的时的rHm和和rSm ，初步分析该反应的自发性。，初步分析该反应的自发性。CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)rSm/Jmol-1K-1 92.9 39.75 213.6rHm/kJmol-1 -1206.92 -635.09 -393.

9、5 16第16页，本讲稿共21页解：解：根据根据吸热不利于反应自发进行吸热不利于反应自发进行 实验证实实验证实 298 K，该反应的不进行，该反应的不进行，但是但是温温度升高到度升高到1111 K，该反应的自发。该反应的自发。熵值增大，有利于反应自发进行。熵值增大，有利于反应自发进行。显然温度也影响着反应的自发性。显然温度也影响着反应的自发性。17第17页，本讲稿共21页？柳暗花明又一村柳暗花明又一村统一的衡量标准统一的衡量标准焓变H熵变S化学反应自发性的判断温度温度T T为何不综合两种为何不综合两种反应自发性驱动力反应自发性驱动力18第18页，本讲稿共21页 1876年，美国物理化学年，美国

10、物理化学家吉布斯首先提出一个把焓家吉布斯首先提出一个把焓和熵归并在一起的热力学函和熵归并在一起的热力学函数数自由能（现称吉布斯自由能（现称吉布斯自由能或吉布斯函数），并自由能或吉布斯函数），并定义为：定义为：2.3.3吉布斯自由能吉布斯自由能 G=H-TS 吉布斯吉布斯(Gibbs J W,1839-1903)伟大的数学物理学伟大的数学物理学教授教授.G 是是H和和 T、S的组合，当然也是状态函数。的组合，当然也是状态函数。SI单位为单位为J19第19页，本讲稿共21页 在在等等温温定定压压且且系系统统只只作作体体积积功功的的条条件件下下,自自发发过过程程总总是是向向着着吉吉布斯自由能减小的方

11、向进行。布斯自由能减小的方向进行。(热力学第二定律的表述形式之二热力学第二定律的表述形式之二)rGm 0，反应逆向自发进行；反应逆向自发进行；rGm=0，反应处于平衡状态。反应处于平衡状态。吉布斯自由能判据吉布斯自由能判据即：rG m 0，标准状态下标准状态下反应逆向自发；反应逆向自发；rG m =0，标准状态下标准状态下反应处于平衡状态。反应处于平衡状态。若反应在标准状态下进行，则：若反应在标准状态下进行，则：20第20页，本讲稿共21页 标标准准状状态态下下1mol物物质质在在TK时时的的熵熵S称称为为该该物物质质在在TK时的标准摩尔熵，用符号表示时的标准摩尔熵，用符号表示Sm。298 K

12、时时,一些重要物质的一些重要物质的Sm列于附录。列于附录。(3)(3)压力压力:对于同一物质对于同一物质,压力越大压力越大,熵值越小。熵值越小。影响熵的因素影响熵的因素:(2)(2)温度温度:对于同一物质对于同一物质,温度越高温度越高,熵值越大。熵值越大。(1)(1)聚集状态聚集状态:对于同一物质对于同一物质,S,Sg g S SL L S Ss s 。(4)(4)分分子子体体积积:对对于于同同类类物物质质,分分子子体体积积(摩摩尔尔质质量量)越越大大,熵熵值值越大。越大。(5)(5)化化学学反反应应:由由较较少少分分子子变变为为较较多多分分子子的的反反应应熵熵值值增增加加,由由固固体体变变为液体或气体的反应熵值增加。为液体或气体的反应熵值增加。21第21页，本讲稿共21页