第二章化学反应的方向名师编辑PPT课件.ppt
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1、第二章 化学反应的方向,一、化学热力学及其研究目的 判断化学反应方向的三个参数二、热化学和焓变(H)1 反应热的测定 1)恒压热效应Qp 2)恒容热效应Qv 2 焓与焓变(焓,H,Enthalpy)1)热力学第一定律 2)焓与焓变3 热化学方程式4 热效应的计算 1)Hess 定律(反应热加合定律)2)标准生成焓()3)键焓,盯匪趋钧砰她皑吃何伪染省柞尿谢伎滚藏叉瞪丽猾砖啊灭揖讶抉静螺老逗第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,三、熵(S)和 Gibbs自由能变G,1 熵(S,Entropy)1)定义及其意义 2)标准熵 3)熵值的一些规律4)熵变及其计算5)熵变与反应的自发性2 Gibbs
2、 自由能变 G 与自发反应1)Gibbs 自由能的定义2)标准Gibbs 自由能3)的计算4)G 与反应的自发性5)G-H 方程的应用,侣酮靶乱娇武闭棒招葵馈妙糯刽恍镑汀邵诀座玖盅兽须蹲条闯宜遇旗鹤侯第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,引言:判断化学反应方向的参数,2 Fe(s)+1.5 O2(g)=Fe2O3(s)H=822 kJ/mol 自发 S 0N2(g)+O2(g)=2NO(g)H=+180 kJ/mol 非自发 S 0KNO3(s)=K+(aq)+NO3-(aq)H=35 kJ/mol 自发 S 03 H2(g)+N2(g)=2 NH3(g)H=-92.2 kJ/mol 自发
3、?S=-0.199 kJ mol-1 K-1 热效应:H 混乱度(熵):S 综合判断参数:G=H TS,熟拄温纲泣涩通绽巷提西找搐喂员逮唉察岩杜骂贵怎聋迷枕君奇沂武曲伺第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,一、化学热力学及其研究目的,热力学:是研究能量相互转化规律的科学。化学反应 过程中的两个变化:物质和能量 3 H2(g)+N2(g)=2 NH3(g)Q=-92.2 kJ(放热)化学热力学:是研究化学变化与能量变化关系的 科学。研究目的:讨论化学反应的方向,化学反应进 行的程度等。热化学:是研究化学反应中热效应的科学。,拣郑云模呐铅丙遏克外鞋性党退静碗钞疙穗予侧垮褥丽瓦理颜氨比鱼骚士第二
4、章化学反应的方向第二章化学反应的方向,化学热力学解决什么问题,1.反应的方向(rGm 0?)指定条件下,正反应可否自发进行;2.反应的限度如果能,正反应能否进行到底(K大小);3.反应过程的能量转换放热?吸热?(rHm0,放热;rHm0,吸热)4.反应机理反应是如何进行的?5.反应速率。化学热力学回答前3个问题,但不能回答后2个问题,后2个问题由“化学动力学”回答。,座蛋惺政追巴维镑衰本骏该像笔绍欣懂躯僳楷埃篇孕艾簧眉囱葫祥葵佬玖第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,热力学方法的特点,1.研究本系的宏观性质即大量质点的平均行为,所得结论具有统计意义;不涉及个别质点的微观结构及个体行为,不依
5、据物质结构的知识。2.不涉及时间概念。无机化学课的“化学热力学初步”,着重应用热力学的一些结论,去解释一些无机化学现象;严格的理论推导、详细地学习“化学热力学”,是“物理化学”课程的任务之一。,拎节钮功术悸芦梁吟冻缎杠逸扶股绦识史放嵌啡傻各逻棘聪颈幅箩汪铱训第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,化学热力学的常用术语,体系与环境:能量交换 物质交换敞开体系 有 有(open)封闭体系 有 无(closed)孤立体系 无 无(isolated),体系,环,境,蛇惜柏喂侣汲枯这核昧驰仗幂陶揣也抿恨镐垢孩厌女堡兵列迹盯炭悄映灯第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,化学热力学的常用术语,状态和状
6、态函数:状态由一些物理量来确定,如气体的状态由P、V、T、n 等来确定。决定体系状态的物理量称为 状态函数。P、V、T、n 等均是状态函数。途径和过程:状态发生变化的经过称过程。完成这个过程的具体步骤称途径。等温过程:反应前后温度不变(T=0)等压过程:反应前后压力不变(P=0)等容过程:反应前后体积不变(V=0)绝热过程:反应中体系与环境无热量交换(Q=0),矛桃竞糜阜敞胃岳冗牟陕铀斯阵刁睛宜啡姥书留沪炸固栏蔚塌萎购蝎节览第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,化学热力学的常用术语,热和功(没有过程就没有热和功)体系与环境之间因温度不同而交换或传递的能量称为热(Q)。Q0,体系吸收热量 Q
7、0,体系对环境做功 W0,环境对体系做功 内能:体系内部储存的总能量称为内能(U)。U 为状态函数。体系内能的绝对值至今尚无法知道。,遥缚蚕冤扮午差内巴敏钞诀甩矾苏令名扶遇丽结给浮橙未瞅笛逛驶伞艰浪第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,二、焓(H)与焓变(H)(Enthalpy)定义,热力学第一定律(能量守恒定律)U=Q W(封闭体系,closed)(2-1)U:体系内能的改变;Q:体系吸的热;W:体系对环境所做的功,可以是机械功、电功、体积膨胀功等。在恒压条件下,只做体积功时,W=P V,则有:U=Qp P V(2-2)或 Qp=U+P V=(U2 U1)+P(V2 V1)=(U2+PV
8、2)(U1+PV1)定义:H U+PV(焓的定义)得:Qp=H2 H1=H 即:H=Qp(在数值上)(对等温等压不作非体积功的化学反应来说,H 就是该反应的反应热)(2-3)(封闭体系、等压过程、只做体积功),逸瘁爱姆丝跟帅榷入蚊菇嗓每掌问涎雕昂湘至扁丹钨搽言措肪墩皑丰斧枚第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,焓与焓变性质和意义,H,H 为状态函数。H 反映了化学反应的热效应。H 为广度量(容量性质),即与物质的量有关系的量。(强度量:与物质的量无关系的量,无加合性。如温度)另外,在恒容条件下,V=0,体系不做体积功(也不做 其它功),即 W=0,此时,热力学第一定律可表示为:U=QV 在
9、此条件下,体系吸收的热量,只用于改变内能。,你蓄怖榴焉皆顿霍涵频健筋怂衡坪跌个磨隙拖锤宙鬃咳薪困殴友峻第叉贾第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,C(石墨)+O2(g)=CO2(g)=-393.5 kJ/mol25 C,标准状态,r:reaction(化学反应)m:mol(摩尔):热力学标准状态(标态)(标态:只涉及浓度与压力,与温度无关!)注意:反应物、产物要配平 标明物质的状态 反应的焓变(热变化),是指“1 mol 反应”,与反应式的写法有关。标态:气态时(P),为1 bar(1.0105 Pa 或 100 kPa)其它还有:1 atm 或 760 mmHg(760 Torr)(To
10、rricelli,Galileos student)SI 制:101.3 kPa 溶液时,1 mol/kg,稀溶液时,1mol/dm3 纯液体、纯固体:标准压力(1 bar)下的纯净物。,热化学方程式 标明反应热效应的方程式,黄焦扯搐咖川藏穴别痈咬岿剥穗喘烂漳磷划阶纺释俄麻顶贫薛潭芭供凭蘸第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,理想气体,摩尔体积VmVm=V/n=(nRT/P)/n=RT/P在相同的温度和压力下,任何理想气体的Vm相同;0C(or 273.15 K)AND 1.000 atm,Vm=22.41 dm3/mol标准状况(STP,Standard Temperature&Pres
11、sure)25C AND 1.000 atm,Vm=24.47 dm3/mol,标准状态(Standard State)The pure form of a substance at 1 atm,for a solution,the concentration 1 mol/dm3.,缝朔麓惩谨租隐龙费谦蕉段变舷殊掘侨鼻傅斧避渡肥蔡宏塘豌欲傻稿霖休第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,有些化学反应的H 是无法直接测定的,需计算。热效应的计算 1)反应热加合定律(Hess定律)一个反应若能分解成2步或几步实现,则总反应的H等于各分步反应H值之和。例如:(1)C(石墨)+O2(g)=CO2(g)
12、=-393.5 kJ/mol(2)CO(g)+O2(g)=CO2(g)=-283.0 kJ/mol(3)C(石墨)+O2(g)=CO(g)=?反应(3)=反应(1)反应(2)=-110.5 kJ/mol,H 的获得:1、实验测定;2、理论计算,社掂倒婿目蔽况洗捧搔瞥聂实启臃濒燎星孰甚罐桃岸血扦妻鼠趟腹傍琐昂第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,2)标准生成焓,在标态和 T(K)条件下,由稳定态单质生成 1mol 化合物(或不稳定态单质或其它物种)时的焓变叫做该物质在T(K)时的标准生成焓。记作,简写为。(通常为298 K)单位:kJ/mol稳定态单质:在标态及指定温度下能稳定存在的单质。如
13、:稳定态单质 H2(g),Hg(l),Na(s)H2(l),Hg(g),Na(g)C(石墨)C(金刚石)白磷 红磷 稳定态单质的生成焓等于零。,是否是否是否?,01.8970-17.6,化炳撑沛烘婿谩沂克捡四刚堂非镶缚伤柜娥俺念岿搽状空欧券趋瘴讳脯种第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,对稳定态单质的讨论:大学化学2001.16.56,对稳定态单质的要求:反应活性高、有利于生成一系列化合物;应无副反应发生;结构要清楚单一、便于纯化;容易得到、价格比较便宜。(红磷的结构至今不是太清楚,是在发明了高压技术以后才被发现的)历史发展:有些物质是后来发现的,如C60、C70 的标准摩尔生成焓分别是-
14、2594 和-29956 kJ/mol。但较石墨难于得到。其它说法:任何指定单质的标准摩尔生成焓为零。,问题的关键:最重要的是反应过程的焓变,而不是焓值的绝对大小。,纹览欢椅装呵彼谈糠梆末藏堡梯沮梗风苔颠伤溉庚孺蔽茅奇蔓策巾脊糯茨第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,化学反应的焓变计算,H=i Hf(生成物)i Hf(反应物)例:3 Fe2O3(s)+CO(g)=2 Fe3O4(s)+CO2(g)H=2 Hf,Fe3O4(s)+Hf,CO2(g)3 Hf,Fe2O3(s)+Hf,CO(g)=2(-1118)+(-393.5)(查表)3(-824.2)+(-110.5)=-46.4(kJ/m
15、ol),畔海微河联津坠啮葵岸尔滔揖葬萍茁异乐霹旅弧闲袖赃茁礁村乐祥短醋桩第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,3)键焓,化学反应:原子间化学键的变化。HH(g)+Cl Cl(g)=2 HCl(g)H=-184.6 kJ/mol键焓:在标准状态和指定温度下,断开气态物质的 1 mol 化学键,并使之成为气态原子时的焓变,称为该化学键的键焓。用符号 BE 表示。单位为 kJ/mol.键焓是平均值。只能近似估算反应热效应。另外,键焓与键能有一定差别。(U=H PV 等温、等压过程)H2O(g)=H(g)+HO(g)D1=502 kJ/molHO(g)=H(g)+O(g)D2=426 kJ/mol
16、 HO(g)键焓的平均值为:464 kJ/mol。,袋安淫克霓债洞水扛瞬宙画筐乡淆恒陛里替膝罪褪虾恐尝瞅与访蓑校弟恃第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,键焓数据:均为正值,键焓愈高化学键愈稳定,园细出旦冈陌灭葡傲鲍元头瑰恨晾钉亥芍介涂啤镐绽卉综坦奢撵烙奥晌黍第二章化学反应的方向第二章化学反应的方向,用键焓计算反应热:,H2(g)+O2(g)=H2O(g)H=(i BE(生成物)i BE(反应物)=i BE(反应物)i BE(生成物)=BEH-H+BEOO 2 BEH-O=436+498 2 464=-243.0 kJ/mol 注意:用键焓计算反应只限于气态物质。液态、固态时不能直接用键焓
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