第五章吉布斯自由能和化学平衡ppt课件.ppt

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1、第五章吉布斯自由能和化学平衡一、自发过程与化学反应的方向性？什么是自发过程？什么是化学反应的方向？自发过程、自发反应有哪些共同的特点1、什么是自发过程无须外力的干涉，“任其自然，不去管它，便能自动进行下去的过程，称为自发过程。T2>T1P2>P1h2>h1墨滴Q气体液体扩散2、什么是化学反应的方向指的是化学反应自发进行的方向，例如：2H2+O2=2H2OZn+H2SO4=ZnSO4+H2AgNO3+NaCl=AgCl+NaNO33、自发过程、自发反应有哪些共同的特点？a)单向自发，逆向则为非自发，但非自发并

2、不等于不可能，只是说需要外力的推动。b)自发的过程进行有一定的限度，即最终达到平衡。c)自发的过程的内在推动力是什么？A、能量倾向于较低，例如放热反应B、混乱度倾向于增加历史上曾有人，用焓变作为化学反应的方向性的判据。但对有些情况，遭到了失败。例如：水的蒸发（吸热）NH4Cl的溶解N2O5=2NO2+1/2O2这种失败，其原因是，只考虑了化学反应能量这一个方面的因素。但决定整个化学反应方向的还有另外一个重要因素，即：“混乱度”的因素。因此，要全面考察化学反应的方向，还必须引入一个新的热力学状态函数——熵。二、物质

3、的标准熵与化学反应的熵变？体系的混乱度与熵？热力学第三定律与物质的标准摩尔规定熵？化学反应的标准摩尔熵变？熵变与化学反应的方向——热力学第二定律1、体系的混乱度与熵混乱度：排列的无规律、不整齐的程度熵：表征体系混乱度的一种状态函数体系的熵，就是指体系的混乱度，指体系内部所有物质的威力排列不整齐、无规则的程度。什么情况下，混乱度过增加？物质的三态固态<液态<气态溶解的过程溶质的分子与溶剂的分子混合到一起化学反应反应前后，气态物质的总分子数增加CaCO3=CaO+CO2温度温度越高，混乱度越大，熵值越大自发过程，往往

4、是混乱度增加的过程#墨水在清水中的扩散#火柴棒散乱#冰的融化，水的气化#锌粒在酸溶液中反应溶解2、热力学第三定律与物质的标准摩尔规定熵既然熵指的是体系的混乱度，那么，对于一个特定的物质体系，什么时候物质的微粒排列最整齐，物质的熵值为零？热力学第三定律就给我们指出了物质熵的零点：热力学第三定律：任何物质的完美晶体，在绝对0K时的熵值为零。*完美晶体：无缺陷，所有微粒都整齐地排列于晶格节点处。*绝对0K:没有热运动，是一种理想的完全有序状态。有了熵的这个“零点”，则可通过热力学的方法，求出某一状态下的物质的绝对熵ST

5、(AbsoluteEntropy,又称规定熵）：STT融化沸腾S=ST-S0所以：ST=S+S0=S+0=S物质的标准摩尔规定熵(简称：物质的标准熵）在标准状态下（100kPa),1mol纯物质的规定熵，称为该物质的标准摩尔规定熵，以符号Sm(T)表示。单位：J•K-1•mol-1。一些常见物质的标准摩尔规定熵，可查课本附录3。从《物理化学手册》相关表格，可获得许多物质的数据。3、化学反应的标准摩尔熵变在特定的温度之下（如不特别指明，则为298K）如果参加化学反应的各物质（包括反应物和产物）都处于热力学标

6、准状态（p=p），此时化学反应的过程中的熵变即称作：该反应的标准熵变，以符号ΔrS表示之。当化学反应进度ξ=1时，化学反应的熵变为化学反应的标准摩尔熵变。以符号ΔrSm表示之。化学反应的标准摩尔熵变的计算：aA+bB=dD+eEΔrSm=ΣνSm(生成物)—ΣνSm(反应物)4、熵变和化学反应的方向——热力学第二定律热力学第二定律：在孤立体系中发生的任何化学反应或化学变化，总是向着熵值增大的方向进行，即孤立体系的自发过程，ΔS孤立>0。热力学第二定律考虑问题必须要有一个重要的前提：即体系是一个孤立体系。在有些情况

7、下，似乎出现了一些违反热力学第二定律的自发过程，例如：生物的生长，水结冰。其原因是因为涉及的不是一个孤立体系。这时候我们必须将环境和体系加在一起同时考虑：ΔS体系+ΔS环境>0三、吉布斯自由能？吉布斯自由能变与自发反应的方向？化学反应的标准摩尔吉布斯自由能变？温度对化学反应的吉布斯自由能变及化学反应方向的影响？压力、浓度对反映吉布斯自由能变的影响1、吉布斯自由能变与自发反应的方向既然熵作为自发反应方向判据的一个前提条件是体系必须是一个孤立体系，而一般的化学反应都不是在孤立体系中进行的，计算体系和环境的总的熵变也是

8、非常困难的，故实际情况中，以熵变作为判据并不方便。前已述及：自发的过程，其内在的推动因素有两个方面：其一是能量的因素，其二还有混乱度即熵的因素。ΔH仅考虑了能量的因素，不可作为判据，而ΔS仅考虑了混乱度的因素，也非全面。为了同时考虑能量和混乱度两方面的因素，1876年美国化学家Gibbs提出一个新状态函数G作为等温、等压下化学反应方向的判据：G=H–TSΔG=ΔH–Δ(T