速率和限度第一节化学反应的方向和吉布斯自由能变第2章化学反应的 .pptVIP

第2章 化学反应的方向、速率和限度 无 机 化 学 崔建中 鲁凡丽 田昀 编制 高等教育出版社 出版 第八章 配位化合物 高等教育出版社 崔建中 鲁凡丽 田昀 编制 崔建中 主编 无机化学电子教案(第二版) 高等教育出版社 崔建中 鲁凡丽 田昀 编制 崔建中 主编 无机化学电子教案(第二版) 第二章 化学反应的方向、速率和限度 第二章化学反应的方向、速率和限度 第一节 化学反应的方向和吉布斯自由能变 2.1.1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。 例如: 水总是自动地从高处向低处流,铁在 　　 潮湿的空气中易生锈。 要使非自发过程得以进行, 外界必须作功。 例如：欲使水从低处输送到高处，可借助 水泵作机械功来实现。 注意：能自发进行的反应，并不意味着其 反应速率一定很大 2.1.2影响化学反应方向的因素 化学反应的焓变 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。 对化学反应, 很多放热反应在298.15K, 标 准态下是自发的。 例如: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) 　 ?rHm = -890.36 kJ·mol-1 曾试图以反应的焓变 (?rHm) 作为反应自发性的判据。认为在等温等压条件下，当 ?rHm 0时: 化学反应自发进行 ?rHm 0时: 化学反应不能自发进行 但实践表明: 有些吸热过程(?rHm 0) 亦能自发进行。 例如 1.NH4Cl(s) → NH4+(aq) + Cl-(aq) ?rHm = 14.7 kJ·mol-1 2.Ag2O(s) → 2Ag(s) + O2(g) 12 ?rHm=31.05 kJ·mol-1 2.1.2影响化学反应方向的因素 为什么有些吸热过程亦能自发进行呢? 例如 1.NH4Cl(s) → NH4+(aq) + Cl-(aq) ?rHm = 14.7 kJ·mol-1 NH4Cl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。 2.1.2影响化学反应方向的因素 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=31.05 kJ·mol-1 再如 　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。　　 化学反应的熵变 熵的概念： 体系内组成物质粒子运动的混乱程度。 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,对应的熵值越大。 符号：S 。单位: J?K-1 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。 把任何纯物质的完美晶体在0K时的熵值规定为零(S0＝0)。 化学反应的熵变 熵的性质： 熵是状态函数。 温度升高, 体系或物质的熵值增大。 据此, 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T K时的熵 ΔS ＝ST - S0 ＝ ST - 0 ＝ ST 标准摩尔熵 某单位物质的量的纯物质在标准态下的熵值称为标准摩尔熵。 符号：Sm 单位：J·mol-1·K-1 注意： (1) 纯净单质在298.15K时Sm≠0； (2) 物质的聚集状态不同其熵值不同； 同种物质 Sm(g)Sm (1)Sm(s) (3) 物质的熵值随温度的升高而增大； (4) 气态物质的熵值随压力的增大而减小。 因为熵是一种状态函数 化学反应的标准摩尔反应熵变 (?rSm )只取决于反应的始态和终态，而与变化的途径无关。 ?rSm ＝Σ?i Sm (生成物) +Σ?i Sm (反应物) 标准摩尔反应熵变 计算反应：2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)的?rSm 例 解：　　　　　 2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g) Sm/(J·mol-1·K-1) 248.22 205.138 256.76 ?rSm＝2Sm(SO3)-[2Sm(SO2)+