大学基础课程无机化学课件p化学反应的方向速率和限度修改

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1、第二章化学反应的方向、速率和限度研究化学反应经常遇到的问题1.反应中的能量变化(热化学)。2.化学反应能否自发进行？3.反应进行的极限(化学平衡)。4.反应进行的速率有多大？5.反应是如何进行的(反应机理)？介绍活化能，平衡常数和反应熵变及反应吉布斯自由能变等概念，着重讨论化学反应进行的方向、速率和限度三大问题。基本内容1.能用活化分子和活化能的概念说明浓度(压力)、温度、催化剂对化学反应速率的影响。2.掌握化学平衡的特征、移动规律及化学平衡的有关计算。3.会判断化学反应进行的方向和限度及有关计算。基本要求目录2

2、-1化学反应的方向和吉布斯自由能变2-2化学反应速率2-3化学反应的限度2-4化学平衡的移动第一节化学反应的方向和吉布斯自由能变一、化学反应的自发过程自发过程在一定条件下不需外界作功，一经引发就能自动进行的过程。若此过程是化学过程即化学反应，称自发反应。水从高处流向低处；热从高温物体传向低温物体；铁在潮湿的空气中锈蚀；锌置换硫酸铜溶液反应。自发过程特征：a.单向自发进行，逆过程是非自发的。b.自发过程有一定的条件和限度。c.自发过程都可用来做功。要使非自发过程得以进行，外界必须作功。d.自发过程不含有速度的意义。

3、能自发进行的反应，并不意味着其反应速率一定很大。二、影响化学反应方向的因素1、化学反应的焓变对化学反应，很多放热反应在298.15K，标准态下是自发的进行的。例如:CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)rHm=-890.36kJ·mol-1自发过程一般都朝着能量降低的方向进行。能量越低，体系的状态就越稳定。放热过程或体系能量降低曾试图以反应的焓变(ΔrHm)作为反应自发性的判据。最低能量原理——焓变判据1878年，法国化学家M.Berthelot和丹麦化学家J.Thomsen提出：自发的化学反

4、应趋向于使系统放出最多的能量。认为在等温等压条件下，当ΔrHm<0时:化学反应自发进行ΔrHm>0时:化学反应不能自发进行可见，把焓变作为反应自发性的判据是不准确、不全面的。焓和焓变是反应自发过程的一种驱动力，但不是唯一的.必然存在着另一种驱动力！但实践表明:有些吸热过程(ΔrHm>0)亦能自发进行。rHm=31.05kJ·mol-1rHm=14.7kJ·mol-1例如1.NH4Cl(s)→NH4+(aq)+Cl-(aq)2.Ag2O(s)→2Ag(s)+O2(g)12rHm=14.7kJ·mol-1NH4

5、Cl晶体中NH4+和Cl-的排列是整齐有序的。NH4C1晶体进入水中后，形成水合离子(以aq表示)并在水中扩散。在NH4Cl溶液中，无论是NH4+(aq)、Cl-(aq)还是水分子，它们的分布情况比NH4C1溶解前要混乱得多。例如1.NH4Cl(s)→NH4+(aq)+Cl-(aq)为什么有些吸热过程亦能自发进行呢?反应前后,不但物质的种类和“物质的量”增多,并产生了热运动自由度很大的气体,整个物质体系的混乱程度增大。为什么有些吸热过程亦能自发进行呢?2.Ag2O(s)→2Ag(s)+O2(g)12rHm=31

6、.05kJ·mol-1再如密闭容器中气体的扩散:非放热，但体系混乱度增大体系中有序运动易变成无序运动混乱度：体系内部质点运动的状态以及排列的完美程度。体系倾向于取得最低能量状态(最低能量原理)体系倾向于混乱度的增加(最大混乱度原理)化学反应的方向是能量和混乱度共同作用的结果：混乱度熵有序到无序或混乱度增大熵的概念：体系内组成物质粒子运动的混乱程度或无序度大小的量度。符号：S。单位:JK-12、化学反应的熵变熵是描述物质混乱度大小的物理量。物质(或体系)混乱度越大，有序性越低，对应的熵值越大。熵是状态函数热力学第

7、三定律在0K时，一个纯物质的完美晶体，其组分粒子(原子、分子或离子)都处于完全有序的排列状态，混乱度最小，熵值最小。热力学第三定律指出：任何纯物质的完美晶体在0K时的熵值为零(S0＝0)。以此,可求得在其它温度下的熵值(ST)。例如：我们将一种纯晶体物质从0K升到任一温度(T)，并测量此过程的熵变量(ΔS)，则该纯物质在TK时的熵。ΔS＝S终态–S始态＝ST-S0＝ST-0＝ST绝对熵or规定熵标准(摩尔)熵某单位物质的量(1mol)的纯物质在标准态给定温度下的规定熵值称为标准摩尔熵。注意：纯净单质在298.15

8、K时Sm≠0单位：J·mol-1·K-1符号：SmSm(B,相态,T)影响因素聚集状态一般S(固)