吉布斯自由能和化学平衡.ppt

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1、第五章吉布斯自由能和化学平衡§5.3化学平衡§5.2吉布斯自由能§5.1化学反应的自发性和熵§5.4化学平衡的移动§5.5标准平衡常数的应用5.1.1化学反应的自发性§5.1化学反应的自发性和熵5.1.5化学反应熵变和热力学第二定律5.1.4热力学第三定律和标准熵5.1.3混乱度和熵5.1.2焓和自发变化5.1.1化学反应的自发性水从高处流向低处；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：不需要外部做功，体系自身发生变化的过程称为自发变化。有方向性和限度。Zn(s)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(s)许多放热反应

2、能够自发进行。例如：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：自发的化学反应趋向于使系统放出最多的能量。5.1.2焓和自发变化(298K)=-285.83kJ·mol-1H2(g)+O2(g)H2O(l)(298K)=-55.84kJ·mol-1H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)焓变只是影响反应自发性的因素之一，但不是唯一的影响因素。有些吸热反应也能自发进行。例如：H2O(l)H2O(g)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)NH4Cl(s)→NH4+(aq)+Cl-(aq)

3、=9.76kJ·mol-1=178.32kJ·mol-1=44.0kJ·mol-11.混乱度冰的融化建筑物的倒塌系统有趋向于最大混乱度的倾向，系统混乱度增大有利于反应自发地进行。5.1.3混乱度和熵许多自发过程有混乱度增加的趋势。熵是表示体系中微观粒子混乱度的一个热力学函数，其符号为S。是体系混乱度的量度。系统的混乱度愈大，熵愈大。熵是状态函数。有绝对值。熵的变化只与始态、终态有关，而与途径无关。2.熵熵与微观状态数：1878年，L.Boltzman提出了熵与微观状态数的关系。S=klnΩS---熵Ω---微观状态数k---Boltzman常量玻尔兹曼

4、(LudwigBoltzmann,1844-1906，奥地利)现代物理学奠基人。提出“各态遍历”原理(1871)，给出熵的微观状态方程(玻尔兹曼方程)(1877)5.1.4热力学第三定律和标准熵1906年，［德］W.H.Nernst提出，经［德］MaxPlanck和［美］G.N.Lewis等改进。能斯特(WaltherNernst,1864-1941，德国)提出热力学第三定律(1906)，于1920年获Nobel物理奖。路易斯(GilbertNewtonLewis,1875-1946，美国)首次把热力学引入化学(1923)。1.热力学第三定律在0K时，

5、任何纯物质完美晶体的熵为零。S（完整晶体，0K）=02.标准摩尔熵△S=ST-S0=STST---规定熵（绝对熵）在标准状态下，单位物质的量的某纯物质B的规定熵称为B的标准摩尔熵。其符号为：纯物质完美晶体温度变化0KTK(B,相态,T)，单位是J·mol-1·K-1(单质,相态,298.15K)＞0影响标准摩尔熵的因素：同一物质，298.15K时物态相同，结构相似，相对分子质量不同的物质，随相对分子质量增大而增大。(s)＜(l)＜(g)(HF)＜(HCl)＜(HBr)＜(HI)(CH3OCH3,g)＜(CH3CH2OH,g)相对分子质量相近，分子结构

6、复杂的，其大。同态物质种类增多，分子数增多，熵增大。N2O5(g)=2NO2(g)+1/2O2(g)熵增大1.化学反应熵变的计算5.1.5化学反应熵变和热力学第二定律(B,相态,298.15K)(298.15K)=∑νB＞0,有利于反应正向自发进行。根据状态函数的特征，利用标准摩尔熵,可以计算298.15K时的反应的标准摩尔熵变。B对于化学反应：0=ΣνBB(T,K)在孤立体系中发生的任何变化或化学反应，总是向熵增大的方向进行，即ΔS孤立>0自发2.热力学第二定律受温度的影响，但熵变、焓变受温度影响不大。*2.热力学第二定律在任何自发过程中，体系和环

7、境的熵变化的总和是增加的。§5.2Gibbs自由能5.2.3吉布斯——赫姆霍兹方程的应用5.2.2标准摩尔生成Gibbs函数5.2.1Gibbs函数判据.5.2.4转换温度吉布斯(JosiahWillardGibbs,1839-1903，美国)合并能和熵，引入(Gibbs)自由能概念(1876)赫姆霍兹(HermannLudwigFerdinandvonHelmholtz,1821-1894，德国)创立能量守恒的数学定律(1847)。G----Gibbs函数（Gibbs自由能）G是状态函数，单位：kJ.mol-1def5.2.1Gibbs函数判据Gib

8、bs函数(变)判据：在等温、等压、不做非体积功条件下，自发的化学反应总是向体系的Gibbs降低