大学化学(非专业)第二章化学反应的方向速率和限度1教学课件PPT幻灯片
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在等温、等压的封闭体系内, 不作非体积功, rGm可作为热化学反应自发过程的判据。
即: rGm < 0 自发过程, 化学反应自发正向进行
rGm = 0 平衡状态 rGm > 0 非自发过程，
化学反应逆向进行
2007-5-27
rGm ＝ rHm - T rSm
各种
符号
情况 rHm rSm rGm
反应情况
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(ST) ΔS ＝ST - S0 ＝ ST - 0 ＝ ST
2007-5-27
标化准学摩反尔应熵的熵变
熵 单的位性物质：的量的某纯物质在标准态下的熵
熵 值是称状为态标函准数摩尔熵。
温 符度号升：高Sm, 体系或物质的熵值增大。
2007-5-27
曾试图以反应的焓变 (ΔrHm) 作为反应自发 性的判据。
认可为见在，等把温焓等变压作条为件反下应，自当发性的判据是 不有准 其ΔΔrrHH确 它mm因、<>不素00时时全(体::面化化系的学学混。反反乱除应应度了自不的反发能增应进自加焓行发和变进温以行度外等，还),
但也实 是践 影表响明许多: 化有学些和吸物热理过过程程(Δ自rH发m >进0)行的
注意熵的符号和单位
2007-5-27
化学反应的吉布斯自由能变 ──热化学反应方向的判据
美国物理化学家吉布斯提出一个新的函 数，吉布斯自由能G
G = H – TS 吉布斯自由能是体系总焓的一部分，这 部分能量能够自由转化，能够对外做功。 体系从一种状态变化到另一种状态，则
ΔG = G2 –G1 ΔG为吉布斯自由能变量
2007-5-27
化学反应的吉布斯自由能变 ──热化学反应方向的判据
等温、等压的封闭体系内,不作非体积 功的前提下,任何自发过程总是朝着吉 布斯自由能(G)减小的方向进行。
rGm ＝ 0 时, 体系的G降低到最小值, 反应达平衡。此即为著名的最小自由 能原理。
2007-5-27
化学反应的吉布斯自由能变 ──热化学反应方向的判据
2-1-1 化学反应的自发过程
自发过程 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。
在一2定-1条-1件化下不学需反外应界的作自功，发一过经程引发就
能自动进行的过程，称为自发过程。
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
例注单如意位：：：我J·m们o将l-1·一K-种1 纯晶体物质从0K升到
(1) (2)
(3)
纯物净质任变单的一量质聚(温Δ在 集S度状2)，9(T8态则).1，不5该K并同纯时测其物S量熵m质≠此0值在过不T程同K的时熵 物质同的的种Δ熵熵S物(＝S值质T)S随ST m-温(Sg度0)>＝S的mS升(T1-)高>0S而＝m(增s)ST大
标准态时，吉布斯公式为：
2-1Δ-r3Gm热＝化Δr学Hm反- T应Δr方Sm 向的判断
等温、等压下, 反应在标准态时自发进
行的判据
ΔrGm < 0
标准摩尔生成吉布斯自由能ΔfGm 标准态下，由最稳定的单质生成单位物质
的量的某物质时的吉布斯自由能变。
2007-5-27
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。
(4) 气态物质的熵值随压力的增大而减小
2007-5-27
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。
标准摩尔反应熵变
rSm＝Σνi Sm(生成物) +Σνi Sm(反应物)
2007-5-27
例 计算反应：2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)的rSm
2007-5-27
化学反应的吉布斯自由能变 ──热化学反应方向的判据
摩尔吉布斯自由能变量(简称自由能变)， 以rGm表示，单位：kJ·mol-1
吉布斯公式
在等温、等压下, 化学反应摩尔吉布斯自 由能变(rGm)与摩尔反应焓变(rHm)、摩 尔反应熵变(rSm)、温度(T )之间有如下 关系:
rGm ＝ rHm – T rSm
符号：S 单位: JK-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)
2007-5-27
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。
1- + -
任何温度下均为 自发反应
2+ - +
任何温度下均为 非自发反应
3+
+ 常温(+) 常温下为非自发反应
高温(-)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ高温下为自发反应
4 - - 常温(-) 常温下为自发反应
高温(+) 高温下为非自发反应
“高200温7-5-27”是指当T
>
rHm rSm
时
2-1-3 热化学反应方向的判断
标准摩尔吉布斯自由能变(ΔrGm) 的计算和反应方向的判断
因素。
亦能自发进行
例如 1.NH4Cl(s) → NH＋4 (aq) + Cl-(aq)
rHm = 14.7 kJ·mol-1 2.Ag2O(s) → 2Ag(s) + 12O2(g)
2007-5-27 rHm=31.05 kJ·mol-1
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
2007-5-27 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2化-1学-2反影应响，很化多学放反热应反方应在向2的98.因15K素, 标
准态下是自发的。
例如: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) rHm = -890.36 kJ·mol-1
解：
2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)
Sm/(J·mol-1·K-1) 248.22 205.138 256.76
rSm＝2Sm(SO3)-[2Sm(SO2)+Sm(O2)]
={2(256.76)-[2(248.22)+205.138]} J·mol-1·K-1 =-188.06 J·mol-1·K-1
即: rGm < 0 自发过程, 化学反应自发正向进行
rGm = 0 平衡状态 rGm > 0 非自发过程，
化学反应逆向进行
2007-5-27
rGm ＝ rHm - T rSm
各种
符号
情况 rHm rSm rGm
反应情况
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(ST) ΔS ＝ST - S0 ＝ ST - 0 ＝ ST
2007-5-27
标化准学摩反尔应熵的熵变
熵 单的位性物质：的量的某纯物质在标准态下的熵
熵 值是称状为态标函准数摩尔熵。
温 符度号升：高Sm, 体系或物质的熵值增大。
2007-5-27
曾试图以反应的焓变 (ΔrHm) 作为反应自发 性的判据。
认可为见在，等把温焓等变压作条为件反下应，自当发性的判据是 不有准 其ΔΔrrHH确 它mm因、<>不素00时时全(体::面化化系的学学混。反反乱除应应度了自不的反发能增应进自加焓行发和变进温以行度外等，还),
但也实 是践 影表响明许多: 化有学些和吸物热理过过程程(Δ自rH发m >进0)行的
注意熵的符号和单位
2007-5-27
化学反应的吉布斯自由能变 ──热化学反应方向的判据
美国物理化学家吉布斯提出一个新的函 数，吉布斯自由能G
G = H – TS 吉布斯自由能是体系总焓的一部分，这 部分能量能够自由转化，能够对外做功。 体系从一种状态变化到另一种状态，则
ΔG = G2 –G1 ΔG为吉布斯自由能变量
2007-5-27
化学反应的吉布斯自由能变 ──热化学反应方向的判据
等温、等压的封闭体系内,不作非体积 功的前提下,任何自发过程总是朝着吉 布斯自由能(G)减小的方向进行。
rGm ＝ 0 时, 体系的G降低到最小值, 反应达平衡。此即为著名的最小自由 能原理。
2007-5-27
化学反应的吉布斯自由能变 ──热化学反应方向的判据
2-1-1 化学反应的自发过程
自发过程 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。
在一2定-1条-1件化下不学需反外应界的作自功，发一过经程引发就
能自动进行的过程，称为自发过程。
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
例注单如意位：：：我J·m们o将l-1·一K-种1 纯晶体物质从0K升到
(1) (2)
(3)
纯物净质任变单的一量质聚(温Δ在 集S度状2)，9(T8态则).1，不5该K并同纯时测其物S量熵m质≠此0值在过不T程同K的时熵 物质同的的种Δ熵熵S物(＝S值质T)S随ST m-温(Sg度0)>＝S的mS升(T1-)高>0S而＝m(增s)ST大
标准态时，吉布斯公式为：
2-1Δ-r3Gm热＝化Δr学Hm反- T应Δr方Sm 向的判断
等温、等压下, 反应在标准态时自发进
行的判据
ΔrGm < 0
标准摩尔生成吉布斯自由能ΔfGm 标准态下，由最稳定的单质生成单位物质
的量的某物质时的吉布斯自由能变。
2007-5-27
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。
(4) 气态物质的熵值随压力的增大而减小
2007-5-27
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。
标准摩尔反应熵变
rSm＝Σνi Sm(生成物) +Σνi Sm(反应物)
2007-5-27
例 计算反应：2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)的rSm
2007-5-27
化学反应的吉布斯自由能变 ──热化学反应方向的判据
摩尔吉布斯自由能变量(简称自由能变)， 以rGm表示，单位：kJ·mol-1
吉布斯公式
在等温、等压下, 化学反应摩尔吉布斯自 由能变(rGm)与摩尔反应焓变(rHm)、摩 尔反应熵变(rSm)、温度(T )之间有如下 关系:
rGm ＝ rHm – T rSm
符号：S 单位: JK-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)
2007-5-27
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。
1- + -
任何温度下均为 自发反应
2+ - +
任何温度下均为 非自发反应
3+
+ 常温(+) 常温下为非自发反应
高温(-)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ高温下为自发反应
4 - - 常温(-) 常温下为自发反应
高温(+) 高温下为非自发反应
“高200温7-5-27”是指当T
>
rHm rSm
时
2-1-3 热化学反应方向的判断
标准摩尔吉布斯自由能变(ΔrGm) 的计算和反应方向的判断
因素。
亦能自发进行
例如 1.NH4Cl(s) → NH＋4 (aq) + Cl-(aq)
rHm = 14.7 kJ·mol-1 2.Ag2O(s) → 2Ag(s) + 12O2(g)
2007-5-27 rHm=31.05 kJ·mol-1
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
2007-5-27 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2化-1学-2反影应响，很化多学放反热应反方应在向2的98.因15K素, 标
准态下是自发的。
例如: CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) rHm = -890.36 kJ·mol-1
解：
2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)
Sm/(J·mol-1·K-1) 248.22 205.138 256.76
rSm＝2Sm(SO3)-[2Sm(SO2)+Sm(O2)]
={2(256.76)-[2(248.22)+205.138]} J·mol-1·K-1 =-188.06 J·mol-1·K-1