第二章化学反应进行的方向和限度.(DOC)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第二章 化学反应进行的方向和限度
教学内容
1. 焓变与变化方向;
2. 熵变与变化方向;
3. 吉布斯函数变与变化方向;
4. 化学反应的限度——化学平衡。
教学要求
理解标准熵、标准生成吉布斯函数变、标准平衡常数等有关概念;掌握反应的熵变与吉布斯函数变的求算方法;熟悉等温等压条件下化学反应进行方向的判断方法;掌握吉布斯方程及转化温度的计算方法;掌握标准平衡常数(Θ
K )的表达和Θ
K 与标准吉布斯函数变的关系及化学平衡的相关计算;了解影响化学平衡移动的有关因素。
知识点与考核点
1.熵(S )
系统内微观质点混乱度的量度。Ωln k S =(k 是Boltzmann 常数,Ω是微观状态数(与混乱度密切相关)。熵是状态函数。
2. 热力学第三定律
在0K 时,任何纯物质、完整晶体的绝对熵为0,(固体在0K 时,任何物质的 热运动停止,只有一种微观状态,即Ω=1)。
3. 标准摩尔熵(θ
m S )
一定温度下,1mol 纯物质在标准情况下的规定熵。
人为规定:处于标准条件下的水合H +
离子的标准熵为零,其它离子的标准
熵为其相对值。
4.影响熵的因素
① 相同物质S g > S l > S s ;
② 分子数越多、分子量越大、物质结构越复杂,熵越大; ③ 固体溶解于水,熵增加,而气体溶解于水,熵减小; ④ 温度越高,熵越大。 5.反应熵变的计算
对化学反应a A + f F = g G + d D
=θ
∆m r S gS θm ,G + dS θm ,D – aS θm ,A – fS θm ,F =∑θνB
B ,m B S 。
注意:①计量系数;②物质的聚集状态。 6. 熵变与化学反应方向
等温等压条件下,熵变大于零(S ∆> 0)有利于变化过程自发进行,但 不能单独作为判断化学反应方向的标准。
7. 焓变与化学反应方向
等温等压条件下,焓变小于零(H ∆> 0)有利于变化过程自发进行,但 不能单独作为判断变化过程方向的标准。
8. 吉布斯函数
TS H G -= (G 为状态函数,为复合函数)。
9. 吉布斯函数变
S T H G ∆-∆=∆(恒温、恒压下反应的推动力)(G ∆不是状态函数......
)。
10. 标准摩尔生成吉布斯函数(Δf G m Θ)
在一定温度,标准状态下,由最稳定单质生成1mol 纯物质时反应的标准吉布斯函数变。
11. 化学反应标准吉布斯函数变(Θ∆m r G )的计算
对化学反应 a A + f F = g G + d D
θ
∆m
r G = g Δf G m θ,G + d Δf G m θ,D — a Δf G m θ,A — f Δf G m θ,F =Θ∆∑B ,f B
B m G ν 注意:①计量系数,②物质的聚集状态。 12.ΔG 与ΔS 、ΔH 及T 的关系
13.等温、等压,判断变化过程自发进行方向的判据 ΔG < 0 过程正向自发进行
ΔG = 0 处于平衡状态 ΔG > 0 过程逆向自发进行
14.m r G ∆与Θ
∆m r G 的区别
m r G ∆是指参加反应物系中各物质处于任意状态下,
反应进度ξ=1时的吉布斯函数变。 由它判断(等温等压)实际条件下系统自发变化过程方向的判
据,m r G ∆< 0,过程能正向自发进行。
而Θ∆m r G 指反应系统中各物质都处在标准态下(规定气体的分压为100kPa ,溶液浓度为
1 mol ·L –
1,确切地讲是各物质的活度都等于1),的吉布斯函数变,它只说明标准态下反应
自发进行的趋势。对指定反应,在一定温度下,Θ∆m r G 是个确定的值。根据
ΘΘ-=∆K RT G m r ln ,可以由Θ∆m
r G 计算标准平衡常数,可见Θ
∆m r G 是决定反应限度的物理量。当Θ∆m r G 很大或很小时,也可用来近似判断变化过程方向。一般认为,若Θ
∆m r G <-40kJ ·mol –
1,反应可自发进行;Θ∆m r G >+40kJ ·mol –
1,反应不能自发进行(因为此时Θ
K
已经非常小)。若反应40kJ ·mol –
1<Θ∆m r G <+40kJ ·mol –
1,则要根据反应的具体条件,根
据m r G ∆=Θ∆m r G +J RT ln 来计算m r G ∆值,再判断变化过程方向。
15.转化温度
一般认为反应的m r H ∆和m r S ∆与温度关系不大,这可以从化学热力学计算来进行说明。例如反应(g)CO (g)O 2
1
CO(g)22→+
,若在298.15K 、标准态下进行则有 =∆Θ
K)15.298(m r H g)],(O 2
1g)(CO,[g),(CO 22ΘΘΘ∆+∆-∆m f m f m
f H H H = –393.51 – ( – 110.53+ 0 ) = – 282.98 kJ ·mol –
1,
=∆Θ
K)15.398(m r H – 285.0 kJ ·mol –1
(此计算只是为了说明问题,不是大学化学课程要求的内容)
可以看出,当此反应由298.15K 升温100K 至398.15K 时,Θ∆m r H 仅增加了0.71%,所以温
度变化不大时,可以认为Θ∆m r H 基本不变。
同样,当升高温度时,系统中的反应物和生成物的标准摩尔熵(Θ
m S )以近似相同的倍数增加,致使反应的标准摩尔熵变(Θ∆m r S )变化不大。