《普通化学课件2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普通化学课件2（111页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第二章 化学反应的基本原理与 大气污染,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变 2.1.1 影响反应方向的因素,化学反应:,自发进行的反应: 不需有外加能量。 非自发进行的反应：需外界提供帮助。,2,1. 反应的焓变,有人试图用反应的焓变来判断反应能否自发，认为放热 系统能量降低，物质间的反应可以自发进行。这符合自然界 系统趋于能量降低的规律。,Zn(S) + 2H+(aq) = Zn2+ (aq) + H2(g) H = 153.9 kJ/mol,但有吸热的自发过程,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,3,2. 反应的熵变,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,4,热力学规定：,绝对零度
2、时，任何纯净的完整晶态物质的熵为零。,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,5,反应的标准摩尔熵变以 r 表示，或S0表示。,关于熵的几点讨论：P50,标准状态下，1 mol 物质的熵称为该物质的标准摩尔熵，以符号 表示。单位是：J /mol . K 。见附录3。无负值。,标准状态下，水合氢离子的标准熵值为零。其它水合离子的标准熵值是相对值。并有正负。见附录4。,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,6,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,7,例: 外加,下列反应中，反应的标准摩尔熵变大于零的是_。CO(g) + Cl2 (g) = COCl2 (g) （碳酰氯）NH4HS(s) = NH3
3、(g) + H2S (g) 2HBr(g) = H2(g) + Br2(l) CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g),B,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,8,例: 外加,比较下列各物质的熵值，哪个大些？,1、1mol O2 (g) (298K, 105 Pa)与1mol O2 (g) (373K, 105 Pa) 2、0.1mol H2O(s) (273K, 105 Pa)与0.1mol H2O(l) (273K, 105 Pa) 3、1g He (298K, 105 Pa)与1mol He (298K, 105 Pa) 4、1mol K (s) (298
4、K, 105 Pa) 与1mol Li (s) (298K, 105 Pa),2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,9,例2.1,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,CaCO3 (S) = CaO(S) + CO2 (g),1207.6 634.9 393.50 kJ/mol,= 634.9 + ( 393.50 ) 1207.6 = 179.2 kJ /mol,讨论,91.7 38.1 213.8 J/mol . K,10,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,例题：,计算下例反应的 和 。,3Fe(S) + 4H20(l) = Fe3O4 (S) + 4H2 (g),0 285.83 1
5、118.4 0 kJ/mol27.3 70.00 146.4 130.7 J/mol K,= 1118.4 + 0 4(285.83) + 0 = 24.92 kJ /mol 0,结论:反应的自发性与 焓变、熵变、温度都有关系！,11,3. 反应的吉布斯函数变,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,反应能否自发进行与 T 、H 、S 有关。,G = H TS G 吉布斯函数,等温可逆条件下：rGT = rHT TrSTGT 任意温度下吉布斯函数变,Josiah Willard Gibbs 1839 - 1903,12,2.1.2 反应自发性的判断 P53,用G 作为反应自发性的衡量标准, 实际
6、上包含 着焓变(H) 、熵变(S)、T 三个因素。,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,13,1. 以G 为判断标准 P53,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,H 0 , G 0 ， S 0 非自发过程。,H 0 ， S 0 , 高温时: G 0 非自发过程。,H 0 非自发过程。低温时: G 0 自发过程。,H = T S , G = 0 平衡状态。,根据： 反应可自发进行 可计算自发进行的温度条件。,14,2. G与G0 的关系: P54,G 是任意条件下反应或过程的吉布斯函数。G0 是标准条件下反应或过程的吉布斯函数变。,aA(g) + bB(g) = gG(g) + dD(g),
7、R 气体常数。 P 各组分任意条件下的分压压力。 P0 标准压力。 QP 反应商(分压商),= G0 + RTlnQP,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,15,aA(aq) + bB(aq) = gG(aq) + dD(aq),= rGT + RTlnQC,C 各组分的浓度。 C 标准浓度。 QC 反应商(浓度商)。,rGT = rGT + RTlnQPrGT = rGT + RTlnQC,注意：标准态时反应商 Q = 1 G = G,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,16,分压的计算：P55,某组分单独占有混合气体的体积时所具有 的压力叫做该组分的分压。用符号Pi 表示。,P总V总
8、= n总 RTP总= P(O2) + P(N2),P(N2) V总 = n(N2) RT,(2.13),2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,17,外加例题：在250C与101 kPa 压力下，已知丁烷气中有1.00%(重量)的H2S , 求: H2S 和C4H10 的分压力。,解：设现有1 公斤丁烷气，则其中：,n(H2S) =,n(C4H10) =,P(H2S) =,P(C4H10 ) =,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,18,用G0 估计反应的自发性,根据,若：Q 107 反应一定是正向进行。R: 8.314J/mol KT: 298K RTlnQ 40 kJ/mol 若使： G
9、0 (G + 40) 0 ， G 0 (G0 40) 0 ， G + 40 kJ/mol G 在 40 kJ/mol 之间时最好根据G 判断。根据G = G + RTlnQ 此时G 有可能左右不了G 的正负号。,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,20,2.1.3 反应的标准摩尔吉布斯函数变的计算及应用P56,1. 298.15K 时反应的标准摩尔吉布斯函数变的计算 P56,与计算H0 类同( 查表根据fH0 求 ), 热力学规定:,f G0 标准(摩尔)生成吉布斯函数。,rH0(298K) = H0(CO2, 298K) 0 + 0 = fH0(CO2, 298K),同理: rG(298K
10、) = G(CO2, 298K) 0 + 0 = fG(CO2, 298K),2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,21,aA + bB = gG + dD,2. 其它温度 时反应的标准摩尔吉布斯函数变的计算P57,（2.16b）,（2.18）,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,22,3. 任意态时反应的摩尔吉布斯函数变的计算P57,rGT = rGT + RTlnQ,见附录3 注意f G0 的单位，与H0 和S0 统一，T S0 的单位最好为kJ/molG 、G0 也是状态函数，其计算与方程式的书写有关。可计算自发进行的温度条件。,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,23,已知反应：N
11、2（g） + 3H2 （g）= 2NH3 （g） 的H 0，S _。 若温度升高, H _， S _， G _。, 0 不能自发进行,= 178.33 298.15 160.5 10 3 = 130.5 kJ/mol,( 2 ), 178.33 1273 160.5 10 3= 26.0 kJ/mol, H0(298) /S0 (298) =,( 3 ) 反应自发性的分析和TC的估算,298.15K时： G0(298K) = 130.4 kJ/mol 0反应不能自发进行。1273K时： G0(1273K) = 26.0 kJ/mol 0,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,26,P58 例2.4,Ag2CO3(S) = Ag2O (S) + CO2(g),505.8 30.05 393.5 kJ/mol,167.4 121.3 213.74 J/mol . K,= 82.3 3830.1676 = 18.2 kJ /mol,rG383K = rG0383K + RTlnQ,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,27,有关状态函数的几个重要公式：,aA + bB = gG + dD,2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变,作业: P108 6、7、,28,2.2.1 反应限度的判据与化学平衡 P59,2.2 化学反应进行的程度和化学平衡,2.2 化学反应进行的程度和化学平衡,29,
