普通化学化学热力学基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

普通化学网络课件普通化学网络课件讲课教师讲课教师 ：张张 大大 伟伟单单 位位 ：化学教研室化学教研室 第二章第二章 化学热力学基础化学热力学基础Chapter 2 Primary conception of Chemical Thermodynamics第1页 热力学是研究热与其它形式能量之间转化规律热力学是研究热与其它形式能量之间转化规律一门科学。热力学基础是热力学第一、二、三定律，一门科学。热力学基础是热力学第一、二、三定律，这三个定律都是人类大量经验总结，有着广泛、牢这三个定律都是人类大量经验总结，有着广泛、牢靠试验基础。靠试验基础。利用热力学定律、原理和方法研究化学反应利用热力学定律、原理和方法研究化学反应以及伴随这些化学反应而发生物理改变过程就形成以及伴随这些化学反应而发生物理改变过程就形成了了化学热力学化学热力学化学热力学化学热力学。化学热力学主要研究和处理问题有：化学热力学主要研究和处理问题有：1.化学反应过程中吸收或放出热量；化学反应过程中吸收或放出热量；2.化学反应自发性化学反应自发性(即两种物质之间能否发生化学反应即两种物质之间能否发生化学反应)；3.化学反应程度化学反应程度(反应完成之后反应物量与产物量反应完成之后反应物量与产物量 之间关之间关系系)。第2页第一节第一节几个基本概念几个基本概念一、热力学一些基本概念一、热力学一些基本概念二、热力学第一定律二、热力学第一定律三、焓三、焓第3页（一）系统和环境 当人们以观察、试验等方法进行科学研究时，往往将某一部分物质或空间与其余部分分开，作为研究对象，这部分作为研究对象物质或空间称为系系统统。除系统以外，与系统有相互影响其它部分称为环境环境。第4页依据系统与环境之间关系，把系统分为三类：依据系统与环境之间关系，把系统分为三类：（1）敞开系统敞开系统(Isolated system)：系统与环境之间现有系统与环境之间现有能量交换，又有物质交换。能量交换，又有物质交换。（2）封闭系统封闭系统(Closed system)：系统与环境之间只有能系统与环境之间只有能量交换，没有物质交换。量交换，没有物质交换。（3）孤立系统孤立系统(Open system)：系统与环境之间既没有能系统与环境之间既没有能量交换，也没有物质交换量交换，也没有物质交换。封闭系统封闭系统 孤立系统孤立系统敞开系统敞开系统 孤立系统孤立系统是一个科学抽象是一个科学抽象,对于科对于科学研究有主要意义学研究有主要意义.第5页（二）状态和状态函数 系统状态状态(State)是系统各种物理性质和化学性质综合表现。在热力学中，把用于确定系统状态物理量（性质）称为状态函数状态函数(State function)。状态函数特点状态函数特点：状态一定状态一定,状态函数一定。状态函数一定。状态改变状态改变,状态函数也随之而变状态函数也随之而变,且状态函数改变且状态函数改变值只与始态、终态相关值只与始态、终态相关,而与改变路径无关。而与改变路径无关。途途 径径 1 1途途 径径 2 2第6页系统状态函数分为两类系统状态函数分为两类：（1）广度（容量）性质：广度性质量值与系）广度（容量）性质：广度性质量值与系统中物质量成正比，在系统内含有加和性。统中物质量成正比，在系统内含有加和性。如如V、m （2）强度性质：强度性质量值与系统中物质）强度性质：强度性质量值与系统中物质量无关，不含有加和性。量无关，不含有加和性。如如P、T等等第7页（三）过程和路径（三）过程和路径 系统状态系统状态系统状态系统状态所发生任何改变称为过程过程(Process)。系统经历一个过程系统经历一个过程，由始态改变到终态，能够采取各种不一样方式，通常把完成某一过程详细方式称为路径路径(Path)。依据过程发生时条件不一样，可分为以下几类：（1）等温过程：系统始态温度与终态温度相同，并等于环境温度过程称为等温过程。T1=T2 人体含有温度调整系统，从而保持一定体温，所以在体内发生生化反应能够认为是等温过程。第8页 （2）等压过程：系统始态压力与终态压力相同，并等于环境压力过程称为等压过程。p1=p2 （3）等容过程：系统体积不发生改变过程称为等容过程。V1=V2 （4）循环过程：假如系统由某一状态出发，经过一系列改变又回到原来状态，这种过程就称为循环过程。第9页（四）热和功（四）热和功热力学中将能量交换形式分为热力学中将能量交换形式分为热热(Heat)和和功功(Work)。符号：符号：Q 单位：单位：J J；kJ kJ Q 不是状态函数不是状态函数 系统吸热：系统吸热：Q 0，系统放热：，系统放热：Q 0 1.1.热热是系统与环境因温度不一样而传递能量。是系统与环境因温度不一样而传递能量。第10页功分为：体积功功分为：体积功 W (W=-PV)；非体积功非体积功 W（除体积功外其它各种形式除体积功外其它各种形式 功统称，如电功，表面功等功统称，如电功，表面功等。）单位：单位：J，kJ。W W 与实现过程路径相关，与实现过程路径相关，与实现过程路径相关，与实现过程路径相关，不是状态函数不是状态函数不是状态函数不是状态函数。系统对环境作功系统对环境作功:W 0。2.功功 除热以外，在系统与环境之间传递其它能除热以外，在系统与环境之间传递其它能量都称为量都称为功功。第11页二、热力学第一定律二、热力学第一定律（First Law Thermodynamics）热力学第一定律就是能量守恒定律，它是人类经验总结，已为大量试验所证实。能量守恒定律认为：能量含有各种不一样形式，它能从一个形式转化为另一个形式，从一个物体传递给另一个物体，但在转化和传递过程中能量总值不变。能量是系统状态函数能量是系统状态函数。第12页（一）热力学能 热力学能热力学能也称也称内能内能(Internal energy)，用符号，用符号U 表示，它是系统内部能量总和，表示，它是系统内部能量总和，包含包含:系统内系统内分子运动动能、分子间相互作用势能和分子内各分子运动动能、分子间相互作用势能和分子内各种粒子（原子、原子核、电子等）及其相互作用种粒子（原子、原子核、电子等）及其相互作用能量等。能量等。热力学能是状态函数热力学能是状态函数，其量值取决于系统状，其量值取决于系统状态。在确定状态下，热力学能量值一定，它改变态。在确定状态下，热力学能量值一定，它改变量由系统始态和终态决定，与改变所经历路径无量由系统始态和终态决定，与改变所经历路径无关。关。因为系统内部粒子运动方式及其相互作用非因为系统内部粒子运动方式及其相互作用非常复杂，常复杂，热力学能绝对值无法测量热力学能绝对值无法测量，但能测量出，但能测量出其改变值。其改变值。当系统由状态当系统由状态 A 改变到状态改变到状态 B 时时：第13页（二）热力学第一定律数学表示式 系统热力学能改变是因为系统与环境之间进行热和功传递结果。因为能量既不能凭空产生，也不能自行消失，系统所增加能量一定等于环境所失去能量。在任何过程中，系统热力学能增加等于系统从环境吸收热与环境对系统所做功之和。第14页三、焓三、焓（一）定容热（一）定容热Q QV V 对于不做非体积功等容过程 Q QV V U W U W U U 0 0U U 上式表明，对于不做非体积功等容过程，系统热力学能变在数值上等于定容热。第15页 弹弹式式量量热热计计(Bomb calorimeter)最最适适合合用用于于测测定定物物质质燃烧热。燃烧热。第16页 (二）定压热二）定压热Q Qp p 对于不做非体积功等压过程 Qp=U-W =U+pV =(U2-U1)+p(V2-V1)=(U2+pV2)-(U1+pV1)因为 U，p，V 都是状态函数，所以它们组合 UpV 也是状态函数。这一状态函数称为 焓焓(enthalpy)，用符号 H 表示：H U+pV单位：J，kJ 与U一样其绝对值也是不能测量。第17页 故 Q Qp p=H=H 上式表明：对于不做非体积功等压过程，定压热在数值上等于系统焓变。因为焓是状态函数，其改变量H 只取决于系统始态和终态，与实现改变路径无关。所以，Q Qp,w=0p,w=0 必定也取决于系统始态和终态，与实现改变路径无关。第18页第19页第二节第二节 热热 化化 学学一、反应进度一、反应进度二、化学反应摩尔热力学能变和二、化学反应摩尔热力学能变和 摩尔焓变摩尔焓变三、热化学方程式三、热化学方程式四、四、Hess 定律定律五、五、标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓第20页一、反应进度 化学反应普通能够写成以下形式：化学反应普通能够写成以下形式：上式常写成以下简单形式：上式常写成以下简单形式：通常可写成以下更简单形式：通常可写成以下更简单形式：第21页 对任意反应：对任意反应：反应进度反应进度 定义为：定义为：反应进度反应进度SISI单位为单位为molmol。引入反应进度优点是，用任一个反应物或产引入反应进度优点是，用任一个反应物或产物表示反应进行程度，所得值都是相同。应用反物表示反应进行程度，所得值都是相同。应用反应进度时，应进度时，必须指明化学反应方程式必须指明化学反应方程式必须指明化学反应方程式必须指明化学反应方程式。一样一样 =1 mol 时，时，(1)表示生成了表示生成了 2 mol NH3 ，(2)表示生成了表示生成了 1 mol NH3 。第22页二、化学反应摩尔热力学能变和摩尔焓变（一）反应摩尔热力学能变和摩尔焓变定义（一）反应摩尔热力学能变和摩尔焓变定义 对于化学反应对于化学反应 ：定容热中：定容热中：定压热中：定压热中：二者二者SI单位均为单位均为Jmol-1惯用单位为惯用单位为kJ mol-1 第23页 （三）（三）关系关系 对化学反应对化学反应 ，反应摩尔焓变为：，反应摩尔焓变为：（1 1）若）若 B 为液相或固相：为液相或固相：第24页 （2 2）若有气体参加反应：）若有气体参加反应：第25页三、热化学方程式 表表示示化化学学反反应应与与反反应应摩摩尔尔焓焓变变或或摩摩尔尔热热力力学学能变关系化学方程式称为能变关系化学方程式称为热化学方程式热化学方程式。书写热化学方程式注意以下几点：书写热化学方程式注意以下几点：（1 1）习惯上将化学反应方程式写在左边，）习惯上将化学反应方程式写在左边，对应对应 或或 写在右边，二者之间用逗号或写在右边，二者之间用逗号或分号隔开。实际上，普通给出是分号隔开。实际上，普通给出是 。（2 2）注明各反应物温度、压力。）注明各反应物温度、压力。若不注明，若不注明，则表示为则表示为 298 K，1.013 10 5 Pa，即常温常压，即常温常压。第26页 （3）注注明明反反应应物物和和产产物物聚聚集集状状态态，分分别别用用 s,l s,l 和和 g 表表示示固固态态、液液态态和和气气态态，用用 aq 表表示示水水溶溶液液，假假如如固固态态物物质质存存在在不不一一样样晶晶型型，也也要要注注明晶型，如明晶型，如石墨，金刚石石墨，金刚石等。等。（4）化化学学计计量量数数能能够够是是整整数数，也也能能够够是是分分数数。同同一一化化学学反反应应，当当化化学学计计量量数数不不一一样样时时，反应摩尔热力学能变和摩尔焓变也不一样反应摩尔热力学能变和摩尔焓变也不一样。第27页（5）注明热效应。见下面实例：注明热效应。见下面实例：C(石墨石墨)+O2(g)CO2(g)rHm=393.5 kJmol1 (1)C(金刚石金刚石)+O2(g)CO2(g)rHm=395.4 kJmol1 (2)H2(g)+1/2 O2(g)H2O(g)rHm=241.8 kJmol1 (3)H2(g)+1/2 O2(g)H2O(l)rHm=285.8 kJmol1 (4)2 H2(g)+O2(g)2 H2O(l)rHm=571.6 kJmol1 (5)H2O(g)H2(g)+1/2 O2(g)rHm=+241.8 kJmol1 (6)(3)和(6)对比，看出互逆两个反应之间热效应关系。从(1)和(2)对比，看出注明晶型必要性。(3)和(4)对比，看出写出物质存在状态必要性。(4)和(5)对比，看出计量数不一样对热效应影响。第28页四、Hess 定律 1840 年，瑞士籍俄国化学家年，瑞士籍俄国化学家 Hess 指出：指出：一个反应若在定压（或定容）条件下分多步一个反应若在定压（或定容）条件下分多步一个反应若在定压（或定容）条件下分多步一个反应若在定压（或定容）条件下分多步进行，则总定压（或定容）热等于各分步反应定进行，则总定压（或定容）热等于各分步反应定进行，则总定压（或定容）热等于各分步反应定进行，则总定压（或定容）热等于各分步反应定压（或定容）热代数和。压（或定容）热代数和。压（或定容）热代数和。压（或定容）热代数和。第29页 H2 H3 CO(g)O2(g)H1H2H3 例1注意事项：注意事项：1.正、逆反应正、逆反应rHm,，绝对值相等，符号相反。，绝对值相等，符号相反。2.反应反应rHm与反应式写法相关。与反应式写法相关。3.同一物质在反应中聚集状态等条件应相同。同一物质在反应中聚集状态等条件应相同。4.所选取相关反应，数量越少越好，以防止误差积累。所选取相关反应，数量越少越好，以防止误差积累。2第30页 （一）（一）热力学标准状态热力学标准状态 （1）气态物质气态物质气态物质气态物质 标准状态，是指不论是纯气标准状态，是指不论是纯气体还是在气体混合物中，气体分压均为标准压力体还是在气体混合物中，气体分压均为标准压力 (100 kPa)，且表现理想气体特征时，气态假想状，且表现理想气体特征时，气态假想状态。态。（2）液态和固态纯物质液态和固态纯物质液态和固态纯物质液态和固态纯物质标准状态，分别是在标准状态，分别是在标准压力标准压力 下纯液态和纯固态物质状态。下纯液态和纯固态物质状态。（3）溶液中溶剂溶液中溶剂溶液中溶剂溶液中溶剂 标准状态，为标准压力标准状态，为标准压力 下，液态（或固态）纯物质下，液态（或固态）纯物质 状态。溶液中溶质状态。溶液中溶质 标准状态，为标准压力标准状态，为标准压力 下、质量摩尔浓度下、质量摩尔浓度 bB=(1 molkg-1)或浓度或浓度 cB=(1molL-1)，并表现无限，并表现无限稀释溶液时溶质（假想）状态。稀释溶液时溶质（假想）状态。五、标准摩尔生成焓五、标准摩尔生成焓第31页 在温度在温度T(通惯用通惯用298.15K，可省略，可省略)时时，由，由参考状态单质生成参考状态单质生成B时反应标准摩尔焓变，称为时反应标准摩尔焓变，称为B B 标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓标准摩尔生成焓，用符号，用符号 (T)(T)表示。表示。其中其中,C,C(石石)为碳参考状态单质为碳参考状态单质,O,O2(g)2(g)为氧参为氧参考态元素考态元素,此反应是生成反应。所以此反应焓此反应是生成反应。所以此反应焓变即是变即是COCO2 2（g g）生成焓：生成焓：五、标准摩尔生成焓五、标准摩尔生成焓（二）标准摩尔生成焓二）标准摩尔生成焓 比如比如:C C(石石)+O+O2(g)2(g)COCO2(g)2(g)rHm(T)rHm(T)=fHm(COCO2 2,g g,T)第32页要求：要求：参考状态单质标准摩尔生成焓为零。参考状态单质标准摩尔生成焓为零。参考状态单质参考状态单质，普通是指每种元素在所讨普通是指每种元素在所讨论温度和压力时最稳定单质。书写对应化学方论温度和压力时最稳定单质。书写对应化学方程式时，要使程式时，要使 B 化学计量数化学计量数B=+1。计算反应标准摩尔焓变通式为：计算反应标准摩尔焓变通式为：第33页注注 意：意：1 1 f fH HmBmB(298.15K)(298.15K)是热力学基本数据，是热力学基本数据，可查表。单位：可查表。单位：kJkJ.molmol-1-1 2 2 r rH Hm m(T)(T)r rH Hm m(298.15K)(298.15K)；3 C 3 C（石）（石）、H H2 2（g g）、O O2 2（g g）皆为参考态元素。皆为参考态元素。参考态元素标准摩尔生成焓为零。参考态元素标准摩尔生成焓为零。如：如：f fH Hm m(O(O2 2,g)=0,g)=0 4 4 因为因为f fH HmBmB与与n nB B成正比，在进行计算成正比，在进行计算 时时B B化学计量数化学计量数B B 不可忽略。不可忽略。第34页第三节化学反应自发性第三节化学反应自发性一、反应热与化学反应方向一、反应热与化学反应方向二、熵变与化学反应方向二、熵变与化学反应方向第35页 在一定条件下，不需要环境提供非体积功就在一定条件下，不需要环境提供非体积功就能发生过程称为能发生过程称为自发过程自发过程。水总是自发地从高处流向低处，直到水位相水总是自发地从高处流向低处，直到水位相等为止。等为止。水位高低水位高低是判断水流方向判据。是判断水流方向判据。当两个温度不一样物体接触时，热总是自发当两个温度不一样物体接触时，热总是自发地从高温物体传向低温物体，直到两个物体温度地从高温物体传向低温物体，直到两个物体温度相等为止。相等为止。温度高低温度高低是判断热传递方向判据。是判断热传递方向判据。气体总是自发地从高压处流向低压处，直到气体总是自发地从高压处流向低压处，直到压力相同时为止。压力相同时为止。压力高低压力高低是判断气体流动方向是判断气体流动方向判据。判据。化学反应在一定条件下也是自发地朝着某一方化学反应在一定条件下也是自发地朝着某一方向进行，那么向进行，那么也一定存在一个类似判据也一定存在一个类似判据，利用它，利用它就能够判断化学反应自发进行方向。就能够判断化学反应自发进行方向。第36页一、反应热与化学反应方向一、反应热与化学反应方向 早在早在1919世纪世纪7070年代，法国化学家年代，法国化学家Berthelot 和和丹麦化学家丹麦化学家Thomson 曾提出，曾提出，反应热是判断化学反应热是判断化学反应热是判断化学反应热是判断化学反应方向判据反应方向判据反应方向判据反应方向判据。并认为在没有外来能量干预条件并认为在没有外来能量干预条件下，一切化学反应都朝着放出能量最多方向进行。下，一切化学反应都朝着放出能量最多方向进行。许多放热反应确实在常温、常压下能自发进许多放热反应确实在常温、常压下能自发进行，行，但但但但少数吸热反应在常温、常压下也能自发进少数吸热反应在常温、常压下也能自发进行。行。这说明这说明这说明这说明反应热反应热反应热反应热是影响化学反应方向是影响化学反应方向是影响化学反应方向是影响化学反应方向主要原因主要原因主要原因主要原因，但不是决定反应方向唯一原因但不是决定反应方向唯一原因但不是决定反应方向唯一原因但不是决定反应方向唯一原因。第37页冰融化冰融化二、熵变与化学反应方向二、熵变与化学反应方向（一）混乱度 混混乱乱度度是是指指系系统统不不规规则则或或无无序序程程度度，系系统统越越没有秩序，其混乱度就越大。没有秩序，其混乱度就越大。室温下自发进行吸热反应室温下自发进行吸热反应共同特点，是反应发生后系统共同特点，是反应发生后系统混乱度增大了。所以，混乱度增大了。所以，系统混系统混乱度增大是吸热反应自发进行乱度增大是吸热反应自发进行推进力推进力。第38页（二）熵 熵熵是系统混乱度量度，用符号是系统混乱度量度，用符号S 表示。熵是表示。熵是状态函数。系统熵越大，系统混乱度就越大；反状态函数。系统熵越大，系统混乱度就越大；反之，系统熵越小，其混乱度就越小。之，系统熵越小，其混乱度就越小。1878年，年，L.Boltzman提提出了熵与微观状态数关出了熵与微观状态数关系系 玻耳兹曼玻耳兹曼(Boltzmann L,1844-1906)奥地利物理学家奥地利物理学家.第39页 热力学要求：在热力学要求：在热力学要求：在热力学要求：在 时，任何纯物质完整晶体（原子或时，任何纯物质完整晶体（原子或时，任何纯物质完整晶体（原子或时，任何纯物质完整晶体（原子或分子只有一个排列形式晶体）熵为零。分子只有一个排列形式晶体）熵为零。分子只有一个排列形式晶体）熵为零。分子只有一个排列形式晶体）熵为零。0 K稍大于稍大于0 K第40页 将某纯物质从将某纯物质从 升高到温度升高到温度 T，此过程熵，此过程熵变就是变就是温度温度 T 时该纯物质要求熵时该纯物质要求熵。纯物质在标准状态下摩尔要求熵称为该物纯物质在标准状态下摩尔要求熵称为该物 质标准摩尔熵，用符号质标准摩尔熵，用符号 表示，表示，单位为单位为JK-1 mol1。任一化学反应标准摩尔熵变均可利用下式求任一化学反应标准摩尔熵变均可利用下式求算：算：例题：例题：P P4949 2.7 2.7第41页 （3 3）温度温度：温度升高，物质混乱度增大，所以物质熵：温度升高，物质混乱度增大，所以物质熵也增大。也增大。（4 4）压力压力：压力增大时，将物质限制在较小体积之中，：压力增大时，将物质限制在较小体积之中，物质混乱度减小，所以物质熵也减小。压力对固体或液体物质混乱度减小，所以物质熵也减小。压力对固体或液体物质熵影响很小，但对气体物质熵影响较大。物质熵影响很小，但对气体物质熵影响较大。影响熵原因主要有影响熵原因主要有影响熵原因主要有影响熵原因主要有：（1 1）物质聚集状态物质聚集状态：同种物质气、液、固三态相比：同种物质气、液、固三态相比较，气态混乱度最大，而固态混乱度最小。所以，对于较，气态混乱度最大，而固态混乱度最小。所以，对于同种物质，气态摩尔熵最大，而固态摩尔熵最小。同种物质，气态摩尔熵最大，而固态摩尔熵最小。（2 2）分子组成分子组成：聚集状态相同物质，分子中原子数：聚集状态相同物质，分子中原子数目越多，混乱度就越大，其熵也就越大；若分子中原子目越多，混乱度就越大，其熵也就越大；若分子中原子数目相同，则分子相对分子质量越大，混乱度就越大，数目相同，则分子相对分子质量越大，混乱度就越大，其熵也就越大。其熵也就越大。第42页 大多数大多数熵增加熵增加吸热反应在室温下不能自发吸热反应在室温下不能自发进行，但在高温下能够自发进行；进行，但在高温下能够自发进行；而大多数而大多数熵减小熵减小放热反应在室温下能自发放热反应在室温下能自发进行，但在高温下不能自发进行。进行，但在高温下不能自发进行。上述事实表明，反应方向除了综合熵增和焓减上述事实表明，反应方向除了综合熵增和焓减变这两个过程自发趋势外，还受温度影响。变这两个过程自发趋势外，还受温度影响。第43页第四节吉布斯自由能第四节吉布斯自由能一、吉布斯自由能变与化学反应方向二、标准摩尔生成吉布斯函数三、标准状态下化学反应摩尔吉布 斯函数变计算四、非标准状态下化学反应摩尔吉布斯函数变计算第44页一、吉布斯自由能变与化学反应方向一、吉布斯自由能变与化学反应方向 反应方向必须同时考虑焓变、熵变和温度影响。反应方向必须同时考虑焓变、熵变和温度影响。G=H TS G=H TS 单位：单位：J J G G：恒温恒压下，系统做非体积功能量恒温恒压下，系统做非体积功能量。依据热力学理论：依据热力学理论：G=WG=Wmaxmax 即系统即系统吉布斯自由能改变等于吉布斯自由能改变等于 系统对外作最大系统对外作最大非体积功非体积功。该函数是系统状态函数该函数是系统状态函数。吉布斯吉布斯(Gibbs J W,1839-1903)美国物理化学家美国物理化学家1 1、吉布斯自由能（函数）吉布斯自由能（函数）第45页2、吉布斯亥姆霍兹方程、吉布斯亥姆霍兹方程 对于等温过程：对于等温过程：G =H -T S 应用于化学反应：应用于化学反应：若反应在标准状态下进行，则若反应在标准状态下进行，则 rG =rH -TrS 均与反应式写法相关均与反应式写法相关均与反应式写法相关均与反应式写法相关第46页3、自发过程判据、自发过程判据 热力学第二定律证实，在等温、定压且系统不热力学第二定律证实，在等温、定压且系统不做非体积功条件下，若：做非体积功条件下，若：rGm0 则化学反应过程不能自发进行，则化学反应过程不能自发进行，其逆反应自发；其逆反应自发；rGm=0 则化学反应系统处于平衡状态，则化学反应系统处于平衡状态，其正逆反应均不可能，即过程其正逆反应均不可能，即过程 宏观停顿。宏观停顿。假如化学反应在标准状态下进行，则用假如化学反应在标准状态下进行，则用rGm 判断。判断。结论：结论：等温定压且不做非体积功条件下自发过程，等温定压且不做非体积功条件下自发过程，总是向着系统吉布斯自由能降低方向进行。总是向着系统吉布斯自由能降低方向进行。第47页(1)标准状态下，标准状态下，任何温度反应自发进行。，任何温度反应自发进行。(2)标准状态下，标准状态下，任何温度反应均不可能自发进行。，任何温度反应均不可能自发进行。(3)标准状态下，标准状态下，低温时，低温时，则，则 ，反应自发进行；高温时，反应自发进行；高温时，则，则 反应不可能自发进行。反应不可能自发进行。(4)标准状态下，标准状态下，低温时，低温时，则，则 ，反应不可能自发进行；高温时，反应不可能自发进行；高温时，则则 ，反应自发进行。，反应自发进行。4、温度对反应方向影响、温度对反应方向影响 分为以下四种情况进行讨论：分为以下四种情况进行讨论：第48页 在温度在温度T 时，由参考状态单质生成时，由参考状态单质生成 B 时反时反应标准摩尔吉布斯函数变，称为应标准摩尔吉布斯函数变，称为B标准摩尔生成标准摩尔生成吉布斯自由能吉布斯自由能，用符号用符号 f Gm（T）表示。表示。在书写对应化学方程式时，要使在书写对应化学方程式时，要使 vB1。要求参考状态单质标准摩尔生成吉布斯函数要求参考状态单质标准摩尔生成吉布斯函数为为“0”“0”。比如比如 f fG(OG(O2 2,g,T),g,T)0 0二、标准摩尔生成吉布斯自由能二、标准摩尔生成吉布斯自由能计算反应标准摩尔吉布斯自由能通式为：计算反应标准摩尔吉布斯自由能通式为：G GG G例题：例题：P P53 53 2.82.8第49页rG m（T）=rHm（T）-TrSm（T）三、标准状态下化学反应摩尔吉布斯自三、标准状态下化学反应摩尔吉布斯自由能计算由能计算计算公式为：计算公式为：例题：例题：P P5454 2.9 2.10 2.11 2.9 2.10 2.11若忽略温度影响，简化式为：若忽略温度影响，简化式为：第50页四、非标准状态下反应摩尔吉布斯四、非标准状态下反应摩尔吉布斯 自由能计算自由能计算(化学反应等温方程式化学反应等温方程式）-化学反应等温方程式化学反应等温方程式实际气体反应体系实际气体反应体系Q 反应商反应商Q =第51页化学反应等温方程式使用说明：化学反应等温方程式使用说明：1.公式中数值标准公式中数值标准Q2.反应中有纯固体或纯液体时，可不写出。反应中有纯固体或纯液体时，可不写出。3.反应中有气体和溶质时，可分别写出。反应中有气体和溶质时，可分别写出。4.反应中在以水为溶剂稀薄溶液中发生反应中在以水为溶剂稀薄溶液中发生 时，可不写出溶剂水。时，可不写出溶剂水。5.注意温度一致注意温度一致第52页 本本章章介介绍绍了了化化学学热热力力学学和和化化学学平平衡衡基基本概念、基本原理及其简单应用。本概念、基本原理及其简单应用。基本概念基本概念 热力学能（热力学能（U）、功（）、功（W）、热（）、热（Q）、焓）、焓（H）、热力学标准状态（）、热力学标准状态（）、化学反应进度）、化学反应进度（）、物质标准摩尔焓（）、物质标准摩尔焓（fHm）及反应标准）及反应标准摩尔焓变（摩尔焓变（rHm）、物质标准摩尔熵）、物质标准摩尔熵(Sm)及及反应标准摩尔熵变反应标准摩尔熵变(rSm)、物质标准摩尔吉布、物质标准摩尔吉布斯自由能斯自由能(fGm)及反应标准摩尔吉布斯自由能及反应标准摩尔吉布斯自由能变变(rGm)、反应商（、反应商（Q）。）。标准状态下化学反应热（标准状态下化学反应热（rHm）计算：）计算：标准摩尔熵变计算；标准摩尔熵变计算；第53页298K标准摩尔自由能变计算：标准摩尔自由能变计算：任意温度下，标准摩尔自由能变计算：任意温度下，标准摩尔自由能变计算：rGm=rHm-TrSmGibbshelmhots公式简单应用：公式简单应用：定性预计反应温度条件：定性预计反应温度条件：r Hm0，r Sm0，r Sm0，反应稿温自发，低温不自发。，反应稿温自发，低温不自发。定量计算转变温度定量计算转变温度任意状态下，化学反应摩尔自由能变计算等温方程任意状态下，化学反应摩尔自由能变计算等温方程式及其应用式及其应用 rGm=rGm+RT lnQ第54页化学反应自发方向性判断化学反应自发方向性判断 任意状态下反应自发进行方向：任意状态下反应自发进行方向：r Gm0 正向反应不能自发进行；正向反应不能自发进行；r Gm=0 反应到达平衡状态。反应到达平衡状态。标准状态下反应自发进行方向：标准状态下反应自发进行方向：r Gm0，正向反应不自发，逆向自发；，正向反应不自发，逆向自发；r Gm=0，反应到达平衡状态。，反应到达平衡状态。第55页 本章要求本章要求1.了解热力学基本概念和定律；了解热力学基本概念和定律；2.熟练应用热力学公式进行计算；熟练应用热力学公式进行计算；3.会利用吉布斯自由能判断化学反应自发方会利用吉布斯自由能判断化学反应自发方向；向；4.掌握热力学公式简单应用。掌握热力学公式简单应用。第56页