《普通化学 教学课件 ppt 作者 景晓燕 主编第二章 化学反应的方向 限度和速率》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普通化学 教学课件 ppt 作者 景晓燕 主编第二章 化学反应的方向 限度和速率（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 化学反应的 方向、限度和速率,普通化学,化学平衡与平衡移动,2.2,化学反应速率,2.3,化学反应的方向和吉布斯自由能变,2.1,第二章 化学反应的方向、限度和速率,2.1 化学反应的方向和吉布斯自由能变,1,2,影响化学反应方向的因素,状态函数熵,3,4,吉布斯自由能,化学反应方向的判断,2.1.1 影响化学反应方向的因素,1自发过程的不可逆性 2影响化学反应方向的因素 (1) (2) (3) (4),2.1.2 状态函数熵,1熵的概念 熵是体系内部质点混乱度或无序度的量度，用符号S表示。熵值小，对应于混乱度小或较有序的状态。不同的物质，不同的条件，其熵值不同。因此，熵是描述物质混乱
2、度大小的物理量。,2.1.2 状态函数熵,2热力学第三定律 在绝对零度时，任何纯物质的完美晶体的熵等于零，此为热力学第三定律。 ，ST即为该纯物质在温度T时的熵，称为规定熵。1 mol纯物质在标准状态下的规定熵称为该物质的标准摩尔熵，用 表示，其单位是Jmol-1 K-1。,2.1.2 状态函数熵,3反应的熵变 或 (2.1) 化学反应的标准摩尔熵变等于生成物的总标准摩尔熵减去反应物的总标准摩尔熵。 在孤立体系的任何自发过程中，体系的熵总是增加的，这是热力学第二定律。也称为熵增加原理。 S孤立 0 (2.2),2.1.2 状态函数熵,例2.1 试计算298.15 K、100 kPa下， 的 和
3、 并初步分析该反应的自发性。 解：查附录得： / kJmol-1 1207.6 634.9 393.5 / Jmol-1K-1 91.7 38.1 213.8 根据式(1.8)得：,2.1.2 状态函数熵,根据式(2.1)得:,2.1.3 吉布斯自由能,1.吉布斯自由能 (2.3) (2.4) 2. 标准摩尔生成吉布斯自由能 3. 化学反应的标准摩尔吉布斯自由能变的计算 或 (2.5),2.1.3 吉布斯自由能,例2.2 已知反应 ,计算该反应的标准摩尔吉布斯自由能变 解： 0 0 95.3,2.1.4 化学反应方向的判断,1. 化学反应方向的吉布斯自由能变判据,表2.1 恒压下H、S和T对反
4、应自发性的影响,2.1.4 化学反应方向的判断,2化学反应的标准摩尔吉布斯自由能变（ ）为判据 (2.6) 例2.3 由例2.1的计算结果，试判断反应 在298.15 K和1500 K温度下正反应是否能自发进行？,2.1.4 化学反应方向的判断,解： ，因此该反应在298.15K时不能自发进行。 因为 (1500 K) 0，因此在1500 K时，该反应可以自发进行。,2.2 化学平衡与平衡移动,1,2,可逆反应与平衡常数,标准平衡常数与标准摩尔Gibbs自由能变,3,化学平衡的移动,2.2.1 可逆反应与平衡常数,1可逆反应 在一定条件下，反应既能由反应物变为生成物，也能由生成物变为反应物的反
5、应称为可逆反应。 2平衡常数 经验平衡常数 (2.7) (2.8),2.2.1 可逆反应与平衡常数, 标准平衡常数与平衡转化率 (2.9) (2.10) （2.11）,2.2.1 可逆反应与平衡常数,例2.4 实验测得SO2氧化为SO3的反应在1000 K时，各物质的平衡分压为 ， ， 计算1000 K时反应 的标准平衡常数 。 解： 根据标准平衡常数的定义式：,2.2.2 标准平衡常数与标准摩尔Gibbs自由能变,1化学反应等温方程式 (2.12) 对于气相反应： (2.13) 对于水溶液中的反应： (2.14),2.2.2 标准平衡常数与标准摩尔Gibbs自由能变,2. 标准平衡常数与标准
6、摩尔Gibbs自由能变 (2.15) (2.16),2.2.2 标准平衡常数与标准摩尔Gibbs自由能变,例2.5 是高温加工处理钢铁零件时涉及脱碳氧化或渗碳的一个重要化学平衡式，试分别计算该反应在298 K、1173 K时的标准平衡常数 ，并简单说明其意义。 已知 ,2.2.2 标准平衡常数与标准摩尔Gibbs自由能变,解：,2.2.3 化学平衡的移动,(2.17) 1浓度对化学平衡的影响 2压力对化学平衡的影响,2.2.3 化学平衡的移动,例2.6 已知反应 在325 K，总压力p为100 kPa达平衡时，N2O4的转化率为50.2 % 。试求： (1) 反应的 ； (2) 相同温度下，若
7、压力p变为5100 kPa，求N2O4的平衡转化率。,2.2.3 化学平衡的移动,解： (1) (2) a= 0.25 = 25.0 %,2.2.3 化学平衡的移动,3温度对化学平衡的影响 (2.19) (2.20) (2.21),2.2.3 化学平衡的移动,例2.7 对于合成氨反应 ，在298 K时平衡常数为 ，反应的热效应 ，计算该反应在773 K时 ，并判断升温是否有利于反应正向进行。 解：,2.3 化学反应速率,1,2,反应速率的定义,基元反应和非基元反应,3,4,质量作用定律,反应级数,5,影响化学反应速率的因素,2.3.1 反应速率的定义,1平均速率 对于任一反应： (2.22)
8、(2.23),2.3.1 反应速率的定义,例2.9 氢气和氮气在密闭容器中合成氨，在指定条件下，其反应方程式为： 起始浓度 / moldm3 1.0 3.0 0 2秒末浓度 / moldm3 0.8 2.4 0.4,2.3.1 反应速率的定义,2瞬时速率 实际上，随着反应的进行，反应物的浓度将逐渐减小，生成物的浓度逐渐增大，反应速率必然随反应时间的增加瞬间都在变化。为更确切地表示反应的真实速率，应采用某一给定瞬间的瞬时速率。 (2.24),2.3.2 基元反应和非基元反应,这种由反应物分子（或离子、原子以及自由基等）相互碰撞，一步就能反应得到生成物的反应叫基元反应；而化学反应的历程复杂，反应物
9、分子要经过几步，才能转化为生成物的反应叫非基元反应。,2.3.3 质量作用定律,经过大量的实验研究，人们总结出基元反应的反应速率和反应物浓度之间的定量关系。对于基元反应： 其速率方程为 (2.25),2.3.4 反应级数,对于任一反应： 其速率方程为： (2.26),2.3.5 影响化学反应速率的因素,1浓度对反应速率的影响 2温度对反应速率的影响 (2.27a) 若以对数关系表示，则为 (2.27b) 或 (2.27c),2.3.4 反应级数,例2.10 已知某有机酸在水溶液中发生分解反应，10时 ， ；60 时， ，试计算30 时的速率常数。 解：根据阿仑尼乌斯方程,2.3.4 反应级数,
10、碰撞理论（Collision theory）创立于20世纪初，碰撞理论认为：化学反应发生的必要条件是反应物分子之间必须相互碰撞，如果反应物分子相互不碰撞，就不会有任何反应发生。,图2.1 气体分子能量分布示意图,2.3.4 反应级数,随着人们对原子和分子内部结构认识的深入，1935年艾林（Eyring）和波兰尼（Polanyi）等人在统计力学和量子力学的基础上提出了基元反应的动力学理论过渡态理论（Transition state theory），又称为活化络合物理论（Activated-complex theory）和绝对反应速率理论（Absolute rate theory）。,2.3.4 反应级数,例如，对于一般反应： 反应过程为：,图2.2 反应过程的势能图,2.3.4 反应级数,3催化剂对反应速率的影响 没有一类物质能像催化剂那样广泛渗透在现代化学之中。化学制品和药物的工业生产需要用催化剂来促进化学反应的进行。,图2.3 反应过程势能图 1无催化剂；2有催化剂,2.3.4 反应级数,飞秒化学 1999年诺贝尔化学奖授予了美国加州理工学院科学家艾哈迈德泽韦尔（Ahmed H. Zewail）教授，以表彰他在飞秒化学方面的杰出贡献。,Thank you,
