化学反应热及化学反应的方向和限度2ppt课件

1、一、自发过程及其特征一、自发过程及其特征 一自发过程及其特征一自发过程及其特征 第三节第三节 熵和熵和Gibbs自在能自在能在一定条件在一定条件T、P下，一个过程不借下，一个过程不借助外力即不需环境对体系做功就能进展，助外力即不需环境对体系做功就能进展，称为称为“自发过程。自发过程。例：水高处例：水高处 低处低处可推进水轮机做机械功发电：可推进水轮机做机械功发电： 势能势能机械能机械能电能电能 热高温物体热高温物体 低温物体低温物体 电高电位电高电位 低电位低电位Zn(s) + CuSO4 (aq) ZnSO4(aq) + Cu(s)可设计为丹尼尔原电池，化学能可设计为丹尼尔原电池，化学能电能

2、电能自发过程的特征：自发过程的特征：1. 有一定方向，不会自发逆转。有一定方向，不会自发逆转。自发过程是热力学的自发过程是热力学的“不可逆过程。不可逆过程。“非自发非自发“不能够不能够 ：电解：电解： 2 H2O(l) = H2 (g) + O2(g)需求环境对体系做功需求环境对体系做功 2.可被用来做可被用来做“有用功有用功 ； 3.有一定限制有一定限制即单向地趋向于平衡形状。即单向地趋向于平衡形状。 水高处水高处 低处低处 热高温物体热高温物体 低温物体，直致两物体温度相等低温物体，直致两物体温度相等到达到达“热平衡热平衡 N2 (g) + 3 H2 (g) = 2 NH3 (g)留意：以

3、上讨论不涉及留意：以上讨论不涉及“时间概念。一个自发过程，时间概念。一个自发过程，不一定是迅速的。不一定是迅速的。 2 H2 (g) + O2 (g) = 2 H2O (l) 自发过程；室温下，反响速率极小，几乎觉察自发过程；室温下，反响速率极小，几乎觉察不到。不到。自然界中存在许多自动发生的自然界中存在许多自动发生的变化过程变化过程系统在没有外界作用下，系系统在没有外界作用下，系统本身发生变化的过程称为统本身发生变化的过程称为自发变化。自发变化。自发变化的根本特征：自发变化的根本特征：自发变化具有一定的方自发变化具有一定的方向性。自发过程的逆过程是向性。自发过程的逆过程是非自发变化。非自发变

4、化。自发变化有一定的限制。自发变化有一定的限制。自发变化的最大限制是系统自发变化的最大限制是系统的平衡形状。的平衡形状。自发变化的开场有时需自发变化的开场有时需求引发。求引发。三自发过程的判据三自发过程的判据化学反响的焓变化学反响的焓变1.许多放热反响自发进展许多放热反响自发进展:例：例：2Fe(s)+3/2O2(g)=Fe2O3(s)rHm=-844kJmol-1H2(g)+O2(g)=H2O(l)rHm=-285.8kJmol-1汤姆逊和贝塞罗曾提出汤姆逊和贝塞罗曾提出“只需放热反响才干自发进只需放热反响才干自发进展。展。?2.但也发现不少非放热过程可以自发进展但也发现不少非放热过程可以自

5、发进展:H2O(s)=H2O(l)rHm(298K)0(吸热吸热)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)rHm(1273K)0rHm 0； 反响过程中气体计量系数减少的反反响过程中气体计量系数减少的反 应，反响的应，反响的 S 0；反响；反响中中 物质计量系数减少的反响，反响的物质计量系数减少的反响，反响的 S 0 rSm = Sm (生成物生成物)- Sm (反响物反响物)化学反响化学反响 aA + dD = gG + hH三熵变三熵变根据以上分析根据以上分析: H 0 或或/和和 S 0 有利于过程有利于过程“自自发进展，即焓发进展，即焓H 、熵、熵 S 均是影响过程自发均是影响过程

6、自发性的要素。性的要素。 1876年，美国科学家年，美国科学家J.W.Gibbs提出一个新的提出一个新的热力学函数热力学函数吉布斯自在能吉布斯自在能G，把，把H 和和S 联络在联络在一同。一同。G H - TS def三、三、 系统系统Gibbs的自在能的自在能一用一用Gibbs自在能判别化学反响方向自在能判别化学反响方向 G H - TS defG0 ，正向自发，正向自发G =0， 到达平衡到达平衡G0，逆向自发，逆向自发二Gibbs自在能变的计算符号：符号：fGm 单位：单位：kJmol-1mfG在标态和指定温度下，由最稳定单质生成在标态和指定温度下，由最稳定单质生成1mol某物质时的吉布

7、斯自在能变称为该物质的规范某物质时的吉布斯自在能变称为该物质的规范摩尔生成摩尔生成Gibbs自在能。自在能。稳定单质的稳定单质的 fGm 为零为零1、规范形状下、规范形状下Gibbs自在能变的计算自在能变的计算H2O(g) 的的f Gm = -228.57kJmol-1常用物质的常用物质的 可在书的附录中查可在书的附录中查f Gm rGm fGm =(n )产fGm - (n )反方法一：利用规范摩尔生成方法一：利用规范摩尔生成Gibbs自在能变自在能变 rGm = -228.57kJmol-1例：例： H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(g)温度变化范围不很大时，可以为：温度变化

8、范围不很大时，可以为：rHm(T) rHm(298)rSm(T) rSm(298)rGm = rHm(298) TrSm(298)注注但对但对rGm影响不能忽略影响不能忽略方法二：利用方法二：利用Gibbs自在能变公式自在能变公式例例:知以下反响知以下反响rHm=131.3 kJ.mol-1 rSm= 133.9 J.K-1.mol-1 ，求，求298K和和4K的的rGm。H2O(g) + C(石墨石墨) = CO2(g) + H2(g)解：根据解：根据 rGm= rHm- TrSm rGm= 131.3 298133.910-3 = 91.42 kJ.mol-1又根据又根据rGm(T)rHm(298)-TrSm(298) fGm (4)= 131.34133.9 10-3 = -52.5 kJ.mol-1反响在反响在298K非自发，在非自发，在4K自发。自发。计算结果阐明温度对计算结果阐明温度对rGm的影响非常显著的影响非常显著例例:知以下反响的知以下反响的rHm=-402kJ.mol-1, rSm= -189 J.K-1.mol-1，求规范形状下反响，求规范形状下反响处于平衡时的温度。处于平衡时的温度。CaO(s)+SO3(g)=CaSO4(s) 解：平衡时解：平衡时 rGm (T)rGm (T)rHm(298)- TrHm(298)- TrSm(298)