大学工科化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第一章 复习内容系统与环境状态与状态函数内能与焓热力学第一定律 盖斯定律热力学标准态化学反应标准焓变计算反应进度第1页第二章第二章化学反应进行方向和程度化学反应进行方向和程度自发过程自发过程:在一定条件下,无需外力推进,任:在一定条件下,无需外力推进,任其自然就能够发生过程。其自然就能够发生过程。比如:比如:热自高温物体传向低温物体是自发过程,热自高温物体传向低温物体是自发过程,如用电炉加热物体;如用电炉加热物体;“水之形避高而趋下水之形避高而趋下”;对化学反应而言,如:对化学反应而言,如:铁在潮湿空气中锈蚀,铁在潮湿空气中锈蚀,锌置换硫酸铜溶液反应等锌置换硫酸铜溶液反应等;第2页u但在相同条
2、件下,它们逆反应不能自动发生。但在相同条件下,它们逆反应不能自动发生。第3页怎样判断化学反应自发性,即方向性?怎样判断化学反应自发性,即方向性?给定条件:等温、等压第4页例:例:C(s)+O2(g)CO2(g)符合符合 H l s 同一聚集态同一聚集态:S(T2)S(T1)(T2 T1)第9页2.2.2 熵变与改变方向熵变与改变方向例例 2.7 试计算试计算 2NO(g)=N2(g)+O2(g)标准熵变。标准熵变。解:对于反应解:对于反应 2NO(g)=N2(g)+O2(g)Sm 210.7 191.5 205.0 (J.mol-1.k-1)rSm=24.9 Jmol-1k-1 0同时,同时,
3、rHm=180.5 KJmol-1 1112K 时,反应可自发进时,反应可自发进行。行。(2)转折点:转折点:第19页注意:判断反应自发性(条件:封闭系统、注意:判断反应自发性(条件:封闭系统、等温、等压、系统不作非体积功)等温、等压、系统不作非体积功)P26,表,表2.1第20页n 非标准状态下吉布斯函数变非标准状态下吉布斯函数变rGm可用来判可用来判断任一状态下反应方向,断任一状态下反应方向,rGm 与与rGm 关系关系可经过化学热力学推导得出可经过化学热力学推导得出范特霍夫等温方范特霍夫等温方程式程式:1.1.对于气体反应对于气体反应 a A(g)+b B(g)=g G(g)+d D(g
4、)若若将各种气体看作理想气体将各种气体看作理想气体则有:则有:第21页式中式中PA、PB、P G、PD 系统中各物质分系统中各物质分压,压,P 为标准压力,为标准压力,P/P 相对压力,相对压力,R 摩尔气体常数其值为摩尔气体常数其值为8.314 Jmol-1K-1。称为反应商,J。则:等温方程式等温方程式 问题:若全部分压均处于标准条件,此时问题:若全部分压均处于标准条件,此时 rGm 表示表示式形式?式形式?第22页2.对于水溶液中反应对于水溶液中反应 a A(aq)+b B(aq)=g G(aq)+d D(aq)式中式中c为水合离子浓度,为水合离子浓度,为相对浓度,单位为相对浓度,单位为
5、为1。若全部水合离子浓度均处于标准态,可得。若全部水合离子浓度均处于标准态,可得到到 J=1,ln J=0(J,reaction quotient)第23页多数情况,多数情况,rGm难以确定(因为生成物分压难以确定(因为生成物分压和浓度难以确知),对于普通反应,在等温、和浓度难以确知),对于普通反应,在等温、等压条件下可用:等压条件下可用:反应不能进行反应不能进行Q:实际工作中,考虑成本,可实施性,反应实际工作中,考虑成本,可实施性,反应进行程度,到达平衡产物进行程度,到达平衡产物。第24页 例:例:Zn(s)+O2(g)ZnO(s)rGm=317.9 kJ/mol J =(PO2/P)1/2
6、欲使反应不能自发进行,则需:欲使反应不能自发进行,则需:rGm 0,即:,即:RT ln(PO2/P)1/2 rGm (PO2/P)1/2 exp rGm/RT =exp 317.9 103/(8.314 298)第25页 (PO2/P)1/2 1.884510 56 PO2/P 3.551310 112 PO2 3.610 107 Pa 0这就是说,即使这就是说,即使 O2 分压小到几乎为零,分压小到几乎为零,此反应依然能自发进行。此反应依然能自发进行。Zn(s)+O2(g)ZnO(s)第26页2.4 化学反应程度化学反应程度化学平衡化学平衡 CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g
7、)可逆反应:同一条件下,既能向某一方向进行又可逆反应:同一条件下,既能向某一方向进行又能向相反方向进行反应。能向相反方向进行反应。并把从左向右进行反应称作正反应;从右向左进并把从左向右进行反应称作正反应;从右向左进行反应则称作逆反应。行反应则称作逆反应。平衡时各物质浓度或含量不再改变,平衡为平衡时各物质浓度或含量不再改变,平衡为动态平衡动态平衡。kf动态平衡动态平衡 A BA Bkr第27页n标准上全部化学反应都含有可逆性,只标准上全部化学反应都含有可逆性,只是可逆程度不一样,用是可逆程度不一样,用 表示可逆反应。表示可逆反应。衡量平衡程度衡量平衡程度平衡常数平衡常数第28页1.平衡常数平衡常
8、数1)以平衡浓度表示平衡常数以平衡浓度表示平衡常数以化学反应方程式中对应化学计量数为幂指数以化学反应方程式中对应化学计量数为幂指数,化学反应方程中各个物种浓度(平衡时)乘积化学反应方程中各个物种浓度(平衡时)乘积即为以浓度表示平衡常数表示式,即为以浓度表示平衡常数表示式,可逆反应:可逆反应:a A+b B=c C+d D用浓度表示平衡常数 Kc 为为第29页2)以平衡分压表示平衡常数以平衡分压表示平衡常数或写为气相反应:气相反应:a A+b B=m M+n N注:注:气体分压:混合气体中某一组分气体在与气体分压:混合气体中某一组分气体在与混合气体温度相同时,单独占有整个容积所含混合气体温度相同
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