大学工科化学市公开课获奖课件

1、第一章 复习内容系统与环境状态与状态函数内能与焓热力学第一定律 盖斯定律热力学原则态化学反应原则焓变计算反应进度第1页第1页第二章化学反应进行方向和程度自发过程：在一定条件下，无需外力推动，任其自然就能够发生过程。 比如： 热自高温物体传向低温物体是自发过程， 如用电炉加热物体；“水之形避高而趋下” ；对化学反应而言，如：铁在潮湿空气中锈蚀，锌置换硫酸铜溶液反应等； 第2页第2页但在相同条件下，它们逆反应不能自动发生。第3页第3页如何判断化学反应自发性，即方向性？给定条件：等温、等压第4页第4页例：C(s) + O2(g) CO2(g)符合 H l s 同一聚集态：S(T2) S(T1) （T

2、2 T1）第9页第9页2.2.2 熵变与改变方向例 2.7 试计算 2NO(g) = N2(g) + O2(g)原则熵变。 解：对于反应 2NO(g) = N2(g) + O2(g) Sm 210.7 191.5 205.0 (J.mol-1.k-1) rSm= 24.9 Jmol-1k-1 0同时， rHm= 180.5 KJmol-1 1112K 时，反应可自发进行。 (2) 转折点：第19页第19页注意：判断反应自发性（条件：封闭系统、等温、等压、系统不作非体积功）P26，表2.1第20页第20页 非原则状态下吉布斯函数变rGm可用来判断任一状态下反应方向，rGm 与rGm 关系可通过化

3、学热力学推导得出范特霍夫等温方程式： 1.对于气体反应 a A(g) + b B(g) = g G(g) + d D(g)若将各种气体看作抱负气体则有：第21页第21页式中PA 、 PB 、 P G、 PD 系统中各物质分压，P 为原则压力， P / P 相对压力，R 摩尔气体常数其值为8.314 Jmol-1K-1。 称为反应商，J。则： 等温方程式 问题：若所有分压均处于原则条件，此时 rGm 表示式形式？第22页第22页2. 对于水溶液中反应 a A(aq) + b B(aq) = g G(aq) + d D(aq)式中c为水合离子浓度， 为相对浓度，单位为1。若所有水合离子浓度均处于原

4、则态，可得到 J = 1, ln J = 0 (J, reaction quotient)第23页第23页多数情况，rGm难以拟定（由于生成物分压和浓度难以确知），对于普通反应，在等温、等压条件下可用： 反应不能进行Q: 实际工作中，考虑成本，可实行性，反应进行程度，达到平衡产物 。第24页第24页 例： Zn (s) + O2 (g) ZnO (s) rGm = 317. 9 kJ/mol J = ( PO2/ P) 1/2欲使反应不能自发进行，则需：rGm 0，即： RT ln ( PO2/ P )1/2 rGm ( PO2/ P ) 1/2 exprGm/RT = exp317. 910

5、3 /(8. 314298)第25页第25页 ( PO2/ P ) 1/2 1. 88451056 PO2/ P 3. 551310112 PO2 3. 610107 Pa 0这就是说，即使 O2 分压小到几乎为零，此反应仍然能自发进行。 Zn (s) + O2 (g) ZnO (s)第26页第26页2.4 化学反应程度化学平衡 CO(g) + H2O (g) = CO2(g) + H2(g)可逆反应：同一条件下，既能向某一方向进行又能向相反方向进行反应。 并把从左向右进行反应称作正反应；从右向左进行反应则称作逆反应。 平衡时各物质浓度或含量不再改变，平衡为动态平衡。kf动态平衡 A Bkr第

6、27页第27页标准上全部化学反应都含有可逆性，只是可逆程度不同，用 表示可逆反应。 衡量平衡程度平衡常数第28页第28页1. 平衡常数1） 以平衡浓度表示平衡常数以化学反应方程式中相应化学计量数为幂指数，化学反应方程中各个物种浓度（平衡时）乘积即为以浓度表示平衡常数表示式，可逆反应：a A + b B = c C + d D用浓度表示平衡常数 Kc 为第29页第29页2） 以平衡分压表示平衡常数或写为气相反应： a A + b B = m M + n N注：气体分压：混合气体中某一组分气体在与混合气体温度相同时，单独占有整个容积所含有压力；混合气体总压力等于各个气体分压之和（Dalton 分压

7、定律）。第30页第30页 对于有气体参与反应 a A(g) + b B(g) = g G(g) + d D(g)若将气体看作抱负气体，则有： 范特霍夫 等温方程式到达平衡时，rGm= 0 时，P 亦为平衡分压3） 原则平衡常数第31页第31页为原则平衡常数，无量纲 。可得到 由于 在一定温度下为一定值，则：第32页第32页对于水溶液中反应 a A(aq) + b B(aq) = g G(aq) + d D(aq)达平衡时：同样有： 对于给定反应，其值与温度相关，而与分压或浓度无关。第33页第33页可用 J 和 K 判断反应方向和程度J K，r K，r 0 反应逆向自发进行J = K，r = 0

8、 平衡状态由于 则：第34页第34页应用平衡常数表示式几点注意事项：1）无论反应过程详细路径如何，都可据总化学方程式写出平衡常数表示式。（2）各物质浓度（或气体分压）均为平衡时浓度或分压。对于反应物或生成物为固态或液态纯物质，其分压或浓度不出现在表示式中。Fe3O4(s) + 4 H2(g) = 3 Fe(s) + 4 H2O(g)CaCO3(s) =CaO (s)+ CO2(g) K =P CO2 / P第35页第35页(3)平衡常数表示式与化学方程式写法相关。(4) 平衡常数与温度相关，而与分压或浓度无关。N2(g) + 3H2 (g) = 2 NH3(g) 1/2N2(g) + 3/2

9、H2 (g) = NH3(g) 2NH3(g) = N2(g) + 3 H2 (g) 则 ：K 1 = (K2)2 = 1/K3第36页第36页2. 原则平衡常数计算依据定义式。注意：表示式中压力为分压利用公式 解：依据公式 rGm =RT ln K比如：已知反应 2NO(g) = N2(g) + O2(g) rGm =173.2 kJmol-1, rHm =180.5 kJmol-1, rSm=24.9 Jmol-1K-1求：此反应在298.15K和1000K 时 K第37页第37页(2)当T = 1000K时，可由吉布斯等温方程求出 rGm (1000K) =rHm (298.15K) 1

10、000rSm (298.15K)/1000 = 155.6 kJmol-1 则 lnK(1000K) =rGm(1000K) / RT K（1000K）= 1.3x108 可见K 减小，温度上升 则产率下降。升高温度不利于反应。(1)当T = 298.15K时，K（298.15K）= 2.2x1030 可见反应进行得很完全。第38页第38页对于不同温度下 K ， 也能够由以下方法求出 (A) (B)式(B) - (A)可得到： 范特霍夫方程可直接利用此式来计算不同温度下第39页第39页3. 化学平衡移动影响平衡原因 定义：因条件改变使化学反应从本来平衡状态转变到新平衡状态过程。 例： C(s)

11、 + H2O(g) CO(g) + H2(g) rHm=131.3 KJmol-1 条件改变：1、增长水蒸气浓度，平衡向右移动 2、减小压强平衡向右移动 3、提升温度平衡向右移动原因：条件改变 J K第40页第40页结论：在平衡系统内 (1)增长反应物浓度，平衡就向生成物方向移动。 (2)对于有气态物质存在平衡，增长压力，平衡就向减少压力，也就是在容积不变条件下，向着减少气体分子总数方向移动。 CaCO3(s) =CaO (s)+ CO2(g)（3）升高温度，平衡就向减少温度方向移动。第41页第41页浓度，压力使J 改变，温度使K 改变，其结果都造成系统平衡移动，最后达到J = K, 从而使

12、达平衡。吕查德里原理(Le Chateliers principle)： 假如改变平衡系统条件之一，如浓度压力或温度，平衡就向能削弱这个改变方向移动。When a system at equilibrium is stressed, the equilibrium will shift in such a way as to minimize the effect of the stress.第42页第42页(3)在一定温度下化学平衡一旦建立，平衡常数则一定。化学平衡含有下列特性：(1) 化学平衡是一个动态平衡；(2) 条件发生了改变，原有平衡将被破坏，代之 以新平衡。第43页第43页Fe2O3(s) + 3 CO(g) = 2 Fe(s) + 3 CO2(g)炼一