化学反应方向速率和限度

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1、化学研究的几个主要问题研究的物质或混合物是否发生化学反应?若有反应发生，能量变化如何?反应的速度大小?由原料转化为产物的转化率是多少?第二章化学反应的方向、速率和限度基本要求能用活化分子、活化能概念解释c、T、催化剂对反应速率的影响。掌握化学平衡的概念，平衡移动的规律及多重平衡规则。能用平衡常数Kθ进行有关计算。掌握的ΔGθ、ΔHθ、ΔSθ计算，能用ΔG判断反应方向，ΔGθ估计反应的程度。了解化学反应速率方程的概念。了解影响多相反应速率的因素。1.化学反应的方向影响反应方向的因素3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4

2、(s)放热反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)吸热反应扩散不吸热、不放热影响反应方向的因素能量（内能，反应热）有序程度（混乱程度）温度化学反应的焓变(ΔrH)许多自发的反应都是放热反应在298.15KΔrHm0(kJ·mol-1)CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)-282.983Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s)-1118.4化学反应的焓变(ΔrH)一些反应为吸热反应,但在一定条件下也可以自发CaCO3=CaO+CO2ΔrHm0=178.32kJ·mol-1在298.15K时,不自发;在1

3、123K时自发化学反应的熵变(ΔS)熵(S)物理意义：表示物质的混乱。熵愈大，表示其有序性越小，即混乱度越大.自然界的物理和化学的自发过程一般都朝着混乱度增大的方向进行(熵增过程).规定纯净完整晶态物质在OK时的熵为零。S0=0任意温度T：ST>0标准熵：在标准压力下1摩尔纯物质的熵（Sm0）绝对值单位：J·K-1·mol-1aA+bB=dD+eE化学反应的熵变ΔrS0=dS0（D）+eS0（E）-{aS0（A）+bS0（B）}=∑[νiS0i]*S0（H+,aq）=0规律同一物质但不同凝聚态的熵：S(g)>S(l)

4、>S(s)同一物质相同凝聚态的熵，随温度增加而增大。复杂分子>简单分子吉布斯自由能变（ΔG）吉布斯自由能(G)G=H–TS状态函数反应方向的判定标准条件:等温等压,不做有用功ΔG<0，自发ΔG>0，非自发ΔG=0，处于平衡态吉布斯-亥姆霍兹公式条件:等温等压，不做有用功G=H–TSG1=H1-T1S1G2=H2-T2S2G2-G1=(H2-TS2)-(H1-TS1)=(H2-H1)-T(S2-S1)ΔG=ΔH-TΔS自发：ΔG=ΔH-TΔS<0ΔrHΔrSΔrG=ΔH-TΔS反应的自发性-+-任何温度下自发+-+任何

5、温度下非自发++升高至某温度，由+变-升高温度，有利于自发--降低至某温度，由+变-减低温度，有利于自发举例H2（g）+F2（g)=2HF(g)CO(g)=C(S)+1/2O2(g)CaCO3(s)=CaO+CO2NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)反应的标准摩尔自由能变ΔrGm0物质的标准摩尔生成自由能变ΔfGm0cC+dD=yY+zZΔrGm0=yΔfGm0（Y）+zΔfGm0（Z）-{cΔfGm0（C）+dΔfGm0（D）}=∑[νiΔfGm0（i）]2-1-3热化学反应方向的判断热化学反应方向的判断标

6、准态时，吉布斯公式为：ΔrGm＝ΔrHm-TΔrSm等温、等压下,反应在标准态时自发进行的判据ΔrGm<0标准摩尔吉布斯自由能变(ΔrGm)的计算和反应方向的判断7/1/2021标准摩尔生成吉布斯自由能ΔfGm标准态下，由最稳定的纯态单质生成单位物质的量的某物质时的吉布斯自由能变。如ΔfGm(石墨)=0、ΔfGm(H2)=0任何最稳定的纯态单质在任何温度下的标准摩尔生成吉布斯自由能均为零。7/1/2021ΔrGm只与反应的始态和终态有关，与反应的具体途径无关。ΔrGm=∑νiΔfGm(生成物)+∑νiΔfGm(反应物

7、)ΔrGm(T)=ΔrHm(T)-TΔrSm(T)≈ΔrHm(298.15K)-TΔrSm(298.15K)7/1/2021例试判断在298.15K、标准态下，反应CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)能否自发进行？解：CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)ΔfHm/(kJ·mol-1)-1206.92-635.09-393.509ΔfGm/(kJ·mol-1)-1128.79-604.03-394.359Sm/(J·mol-1·K-1)92.939.75213.74(1)解法ΔrGm={ΔfGm(CaO

8、)+ΔfGm(CO2)}-ΔfGm(CaCO3)={(-604.03)+(-394.359)-(-1128.79)}kJ·mol-1=130.40kJ·mol-1>0在298.15K、标准态下,反应不能自发分解。7/1/2021解：CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)ΔfHm/(kJ·mol-1)-1206.92-635.09-393.