《化學(xué)反應(yīng)基本原理》ppt課件

1、 3.1 3.1 化學(xué)反響中的能量關(guān)系化學(xué)反響中的能量關(guān)系 3.2 3.2 化學(xué)反響的方向化學(xué)反響的方向 3.3 3.3 化學(xué)反響速率化學(xué)反響速率 3.4 3.4 化學(xué)反響的限制化學(xué)反響的限制 伴隨化學(xué)反響的發(fā)生，能量也發(fā)生變化，對(duì)于伴隨化學(xué)反響的發(fā)生，能量也發(fā)生變化，對(duì)于大多數(shù)化學(xué)反響，能量轉(zhuǎn)化主要表現(xiàn)為化學(xué)能和熱大多數(shù)化學(xué)反響，能量轉(zhuǎn)化主要表現(xiàn)為化學(xué)能和熱能間的轉(zhuǎn)化。能間的轉(zhuǎn)化。 當(dāng)今世界大部分能量來源于石油、煤和天然氣當(dāng)今世界大部分能量來源于石油、煤和天然氣的熄滅反響，但這些資源越來越少，人們不得不尋的熄滅反響，但這些資源越來越少，人們不得不尋覓新的能源，除了核能和太陽能，能量的獲得離不

2、覓新的能源，除了核能和太陽能，能量的獲得離不開化學(xué)反響。可見，研討化學(xué)反響中能量轉(zhuǎn)化及其開化學(xué)反響。可見，研討化學(xué)反響中能量轉(zhuǎn)化及其規(guī)律有重要意義。規(guī)律有重要意義。 將熱力學(xué)根本原理運(yùn)用于化學(xué)變化以及和化學(xué)將熱力學(xué)根本原理運(yùn)用于化學(xué)變化以及和化學(xué)變化有關(guān)的物理變化，即化學(xué)熱力學(xué)，其中從數(shù)量變化有關(guān)的物理變化，即化學(xué)熱力學(xué)，其中從數(shù)量上研討化學(xué)變化吸熱或放熱規(guī)律的部分稱熱化學(xué)。上研討化學(xué)變化吸熱或放熱規(guī)律的部分稱熱化學(xué)。 為了便于運(yùn)用熱力學(xué)根本原理研討化學(xué)反為了便于運(yùn)用熱力學(xué)根本原理研討化學(xué)反響的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，首先引見熱力學(xué)中幾個(gè)常用術(shù)響的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，首先引見熱力學(xué)中幾個(gè)常用術(shù)語。語。封鎖體系

3、封鎖體系-體系與環(huán)境間只需能量交換，體系與環(huán)境間只需能量交換，沒有物質(zhì)交換。沒有物質(zhì)交換。體系體系(系統(tǒng)系統(tǒng))： 被研討的對(duì)象被研討的對(duì)象環(huán)境：環(huán)境：與體系親密相關(guān)的其他部分與體系親密相關(guān)的其他部分敞開體系、封鎖體系、孤立體系敞開體系、封鎖體系、孤立體系體系分三類：體系分三類：3.1.1 根本概念根本概念3.1 3.1 化學(xué)反響中的能量關(guān)系化學(xué)反響中的能量關(guān)系1. 1.體系與環(huán)境體系與環(huán)境2. 2. 形狀與形狀函數(shù)形狀與形狀函數(shù)形狀函數(shù)形狀函數(shù)形狀一定其值一定；形狀一定其值一定； 形狀改動(dòng)時(shí)，形狀函數(shù)變化值只與體系形狀改動(dòng)時(shí)，形狀函數(shù)變化值只與體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。的始態(tài)和終

4、態(tài)有關(guān)，與變化的途徑無關(guān)。T 、p 、V 、n、 U、 H 、S、G 等。等。形狀函數(shù)特征形狀函數(shù)特征3. 過程與途徑過程與途徑 封鎖體系封鎖體系: 恒溫過程恒溫過程 T=T環(huán)環(huán) 恒壓過程恒壓過程 P=P環(huán)環(huán) 敞口容器化學(xué)反響敞口容器化學(xué)反響 恒容過程恒容過程 密閉容器化學(xué)反響密閉容器化學(xué)反響 絕熱過程絕熱過程 Q=0過程：體系形狀隨時(shí)間變化的經(jīng)過過程：體系形狀隨時(shí)間變化的經(jīng)過途徑：完成一個(gè)過程所閱歷的詳細(xì)步驟。途徑：完成一個(gè)過程所閱歷的詳細(xì)步驟。4. 4. 功功 和和 熱熱不是形狀函數(shù)，與途徑有關(guān)。不是形狀函數(shù)，與途徑有關(guān)。熱：熱：Q 體系吸熱為正，放熱為負(fù)。體系吸熱為正，放熱為負(fù)。功：功：

5、W體積功，非體積功體積功，非體積功規(guī)定：體系對(duì)環(huán)境做功膨脹功為負(fù)，規(guī)定：體系對(duì)環(huán)境做功膨脹功為負(fù)，環(huán)境對(duì)體系做功緊縮功為正。環(huán)境對(duì)體系做功緊縮功為正。恒壓過程恒壓過程體積功體積功W= -PV封鎖體系，體系由始態(tài)變到終態(tài)時(shí)，封鎖體系，體系由始態(tài)變到終態(tài)時(shí)，熱力學(xué)能的增量等于體系從環(huán)境吸收熱力學(xué)能的增量等于體系從環(huán)境吸收的熱量加上環(huán)境對(duì)體系所做的功。的熱量加上環(huán)境對(duì)體系所做的功。U=Q+W熱力學(xué)能的增量熱力學(xué)能的增量U=U2-U1=Q+W熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律-能量守恒定律能量守恒定律封鎖體系封鎖體系 U2=U1+Q+W5 5 熱力學(xué)能內(nèi)能熱力學(xué)能內(nèi)能U UU=Q+W=1146.4JU=Q+

6、W=1146.4Jn(N2)=1mol狀態(tài)1P1,V1,T1,U1狀態(tài)2P1,V2,T2,U2恒壓加熱膨脹Q=1729.0JW= -582.6J中間狀態(tài)P1/,V1,T2,Q=1791.9J恒容加熱W= -645.3J恒溫膨脹3.1.2 熱化學(xué)熱化學(xué)1. 反響進(jìn)度反響進(jìn)度 aA + mM = gG + dD -aA mM + gG + dD = 00BBBBBBBBnnn)0()(DDGGMMAAnnnnmol=1mol時(shí)，表示參與反響的物質(zhì)按所給的時(shí)，表示參與反響的物質(zhì)按所給的計(jì)量數(shù)關(guān)系進(jìn)展了一個(gè)單位的化學(xué)反響。計(jì)量數(shù)關(guān)系進(jìn)展了一個(gè)單位的化學(xué)反響。 2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l)

7、 H2(g) +1/2O2(g)=H2O(l) 2. 焓和焓變焓和焓變恒壓只做體積功恒壓只做體積功 W = -PVU = Q+W恒壓反響熱恒壓反響熱 QP=U-W=U2-U1+PV2-PV1= (U2+PV2-U1+PV1焓焓 H= Qp+W = Qp -PV=U+PV= U+PVQP = H2-H1 = H 焓變焓變QP = H = U-WH 物理意義：物理意義：吸熱反響吸熱反響 H0， H生成物生成物 H反響反響物物放熱反響放熱反響 H 0， H生成物生成物 S液液S固，固，規(guī)定規(guī)定0K任何純物質(zhì)完好晶體熵值任何純物質(zhì)完好晶體熵值S0=0規(guī)范摩爾熵：規(guī)范摩爾熵：mS3. 3. 化學(xué)反響的熵

8、變化學(xué)反響的熵變-規(guī)范摩爾反響熵規(guī)范摩爾反響熵 )298(KSmr)(TSmrST =ST- S0 = ST -0 0 相對(duì)相對(duì)值值 1mol某物質(zhì)在規(guī)范態(tài)下的熵，某物質(zhì)在規(guī)范態(tài)下的熵，Jmol-1K-1rSm =i Sm(生生)+i Sm (反反) 例例6 298K下下CaCO3、CaO、CO2 規(guī)范熵規(guī)范熵分別為分別為92.9Jmol-1K-1 、38.2Jmol-1K-1 、 213.7Jmol-1K-1 , 求求CaCO3分解反響熵變。分解反響熵變。解：解： CaCO3(s) = CaO(s) + CO2 rSm =S(CaO+ S(CO2 -S(CaCO3 =38.2+213.7-9

9、2.9=159 Jmol-1K-1 n氣添加的反響是熵添加的反響；氣添加的反響是熵添加的反響；n氣相等，復(fù)雜物質(zhì)熵大。氣相等，復(fù)雜物質(zhì)熵大。C(s) +O2=CO2 rSm 0H2+Cl2=2HClg2SO2(g)+O2 (g)=2SO3(g) 是一個(gè)熵是一個(gè)熵 的的反響反響4CuO(s)=2Cu2O+O2的的 S 0Sm (H2O，g) Sm (H2O，1) Sm (冰冰)Sm ( HF) Sm(HCl) Sm (HBr)SmC2H5OH SmCH3OCH3SmN2 SmCO 其它條件一樣其它條件一樣C(s) = C(金剛石金剛石,s)的的 S 0 3.2.2 Gibbs自在能fGm(穩(wěn)定單

10、質(zhì)，穩(wěn)定單質(zhì)，298.15K)= 01. Gibbs自在能吉布斯函數(shù)自在能吉布斯函數(shù)形狀函數(shù)形狀函數(shù)G = HTS規(guī)范態(tài)、給定溫度下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成規(guī)范態(tài)、給定溫度下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時(shí)的某物質(zhì)時(shí)的Gibbs自在能變。自在能變。)(TBGmf、規(guī)定規(guī)定Gibbs自在能變自在能變G規(guī)范摩爾生成規(guī)范摩爾生成Gibbs自在能變自在能變2. 2. 吉布斯吉布斯- -亥姆霍茲方程亥姆霍茲方程規(guī)范摩爾反響規(guī)范摩爾反響Gibbs自在能變自在能變 mrGmrmrmrSTHTG)(恣意溫度下恣意溫度下(298)(298)(mrmrmrSTHTGrGm(T)rGm =ifGm(生生)+ifGm (反反

11、) 受溫度影響很大受溫度影響很大298.15K例例 7 計(jì) 算 石 灰 石 熱 分 解 反 響 的計(jì) 算 石 灰 石 熱 分 解 反 響 的rGm(298K)和和rGm (1273K) 解解 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)fGm -1129.1 -603.3 -394.4fHm -1207.6 -634.9 -393.5 Sm 91.7 38.1 213.8rGm(298)= -603.3 + (-394.4) - (-1129.1) =131.4 kJmol-1rHm(298)=rSm(298)= 38.1 +213.8 - 91.7 =160.2 Jmol-1K-1)

12、298()298()(mrmrmrSTHTGrGm (1273)=- 634.9 + (-393.5) - (-1207.6) =179.2 kJmol-1= - 24.7 kJmol-1179.2-1273160.210-33. 自發(fā)反響方向的判據(jù)自發(fā)反響方向的判據(jù)封鎖體系，恒溫、恒壓只做體積功，自發(fā)封鎖體系，恒溫、恒壓只做體積功，自發(fā)變化的方向是吉布斯自在能減小的方向。變化的方向是吉布斯自在能減小的方向。G 0 rGm = 0，平衡形狀，平衡形狀rGm 0，非自發(fā)過程，非自發(fā)過程， 逆反響自發(fā)進(jìn)展逆反響自發(fā)進(jìn)展;mrmrmrSTHTG)(不易求得不易求得 rGm = 0，平衡形狀，平衡形狀

13、rGm 0，非自發(fā)過程，非自發(fā)過程， 逆反響自發(fā)進(jìn)展逆反響自發(fā)進(jìn)展;規(guī)范態(tài)下，自發(fā)反響方向規(guī)范態(tài)下，自發(fā)反響方向的判據(jù)的判據(jù)規(guī)范態(tài)下反響的方向和程度規(guī)范態(tài)下反響的方向和程度)298()298()(mrmrmrSTHTG 規(guī)范態(tài)下，反響類型、T與反響方向關(guān)系：, 00, 0mrmrmrGSH時(shí)，放熱、熵添加的反響在恣意溫度下，正反放熱、熵添加的反響在恣意溫度下，正反響均自發(fā)進(jìn)展。響均自發(fā)進(jìn)展。 H2+Cl2=2HCl(g), rHm=-184.62kJmol-1, rSm =19.8 Jmol-1 K-1rGm 正負(fù)及大小。正負(fù)及大小。0,0rmrmHS吸熱、熵減小的反響恣意溫度下，正反響吸熱、

14、熵減小的反響恣意溫度下，正反響均不能自發(fā)進(jìn)展。均不能自發(fā)進(jìn)展。, 00, 0mrmrmrGSH時(shí)時(shí)，放熱、熵減小的反響低溫時(shí)正反響自發(fā)放熱、熵減小的反響低溫時(shí)正反響自發(fā)進(jìn)展。進(jìn)展。CaO(s)+CO2 = CaCO3(s)0,0rmrmHS吸熱、熵添加的反響高溫時(shí)正反響自發(fā)吸熱、熵添加的反響高溫時(shí)正反響自發(fā)進(jìn)展。進(jìn)展。CaCO3(s) = CaO(s)+CO20)(TGmrrmrmHTS轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫度 rHm= TrSm單位單位規(guī)范態(tài)下反響達(dá)平衡規(guī)范態(tài)下反響達(dá)平衡2HCl(g) = H2(g)2 + Cl2(g)在恣意溫度下，在恣意溫度下，逆反響均能自發(fā)進(jìn)展。逆反響均能自發(fā)進(jìn)展。Ag2O(s) =

15、 2Ag (s) + 1/2O2(g) 高溫時(shí)正向高溫時(shí)正向自發(fā)進(jìn)展，其逆反響在自發(fā)進(jìn)展，其逆反響在298K時(shí)自發(fā)進(jìn)展，時(shí)自發(fā)進(jìn)展，那么逆反響的那么逆反響的H與與S的符號(hào)是：的符號(hào)是： 某反響在恣意溫度下均能自發(fā)進(jìn)展，那某反響在恣意溫度下均能自發(fā)進(jìn)展，那么該反響的么該反響的H0。吸熱、熵添加的反響，高溫時(shí)正反響自發(fā)吸熱、熵添加的反響，高溫時(shí)正反響自發(fā)進(jìn)展。低溫時(shí)逆反響自發(fā)進(jìn)展。進(jìn)展。低溫時(shí)逆反響自發(fā)進(jìn)展。 判別：判別：例例8 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2 知知298K時(shí)時(shí)rHm= 179.20kJmol-1, rSm=160.2Jmol-1 K-1問該反響正向進(jìn)展的最低溫度？問該反響

16、正向進(jìn)展的最低溫度？rmrmHTS轉(zhuǎn)解：解：3179.2 101121160.2KaA + mM = gG + dDQRTGGmrmrln化學(xué)反響等溫方程式化學(xué)反響等溫方程式氣體：氣體：Q= (P(G)/P )g(P(D)/P )d(P(A)/P )a(P(M)/P )m反響商反響商Q恒溫、恒壓非規(guī)范態(tài)下，恒溫、恒壓非規(guī)范態(tài)下，或或rGm=rGm+2.303RTlgQ Zn(s) + 2H+(aq) = Zn2+(aq) + H2(g)2)(H)(H)(Zn)()()22ccPPcc（Q= 溶液：溶液：Q= (C(G)/C )g(C(D)/C )d(C(A)/C )a(C(M)/C )m規(guī)范態(tài)

17、時(shí)，規(guī)范態(tài)時(shí)， Q=1，用用rGm判別方向；判別方向； 非規(guī)范態(tài)時(shí)，非規(guī)范態(tài)時(shí)，rGmrGm ，條件不充分時(shí)可用條件不充分時(shí)可用rGm估計(jì)方向。估計(jì)方向。rGm- 40kJmol-1 普通正向自發(fā)進(jìn)展普通正向自發(fā)進(jìn)展;rGm40kJmol-1 普通逆向自發(fā)進(jìn)展普通逆向自發(fā)進(jìn)展; -40kJmol-1rGm40kJmol-1 計(jì)算計(jì)算rGm后再判別方向后再判別方向例例9 計(jì)算計(jì)算 320K反響反響 2HI(g)= H2(g)+I2(g)的的rGm和和rGm，判別此溫度反響方向。，判別此溫度反響方向。知知 p(HI)=40.0kPa, p(H2)=1.00kPa, p (I2) =1.00kPaf

18、Hm/kJmol-1 26.5 0 62.4Sm/ Jmol-1K-1 206.6 130.7 260.72HI(g) = H2(g) + I2(g)mrSmrmrmrSHG320-)320(mrH解：解：=0+62.4 - 226.5=9.4 kJmol-1 =130.7+260.6 - 2206.7= - 21.9 Jmol-1K-1 =9.4 -320(-21.9)/1000=16.4 kJmol-1QRTGGmrmrln 1neqBmeqAqeqDpeqCpxppxppxppxpQ KxKxnnmqp每組分的分壓由每組分的分壓由pi增至增至xpi，n氣氣0，QK ，平衡逆向挪動(dòng)，平衡逆

19、向挪動(dòng)氣體分子數(shù)減少方向氣體分子數(shù)減少方向 n氣氣0，QK ，平衡正向挪，平衡正向挪動(dòng)動(dòng)氣體分子數(shù)減少方向氣體分子數(shù)減少方向 減壓減壓 x0，吸熱反響，升溫，吸熱反響，升溫K增大，平增大，平衡正向挪動(dòng)。衡正向挪動(dòng)。H0，放熱反響，升溫，放熱反響，升溫K減小，平減小，平衡逆向挪動(dòng)；降溫，衡逆向挪動(dòng)；降溫，K增大，平衡正向增大，平衡正向挪動(dòng)。挪動(dòng)。2129877311303. 2lgTTRHKK708. 577312981314. 8303. 2100 .5333108 . 3773）（K31093. 1K 298K平衡常數(shù)平衡常數(shù)合成氨采用高溫高壓？合成氨采用高溫高壓？放熱反響，升溫不利；但放熱

20、反響，升溫不利；但T高，高，v添加。添加。假設(shè)改動(dòng)影響平衡條件之一，如溫度、假設(shè)改動(dòng)影響平衡條件之一，如溫度、壓力或濃度，平衡向著能減弱這個(gè)變化壓力或濃度，平衡向著能減弱這個(gè)變化的方向挪動(dòng)。的方向挪動(dòng)。 小結(jié)，練習(xí)，作業(yè)總結(jié)。小結(jié)，練習(xí)，作業(yè)總結(jié)。4. 4. 催化劑只能加快體系到達(dá)平衡的時(shí)間，催化劑只能加快體系到達(dá)平衡的時(shí)間，不能使平衡挪動(dòng)。不能使平衡挪動(dòng)。5. 5.呂呂- -查德里原理查德里原理-平衡挪動(dòng)平衡挪動(dòng)估算反響估算反響CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g)在在873K時(shí)的規(guī)范吉布斯自在能變和規(guī)范平衡常數(shù)，時(shí)的規(guī)范吉布斯自在能變和規(guī)范平衡常數(shù)，并計(jì)算在并計(jì)算在873K時(shí)時(shí)4.0molCO2和和6.0mol的的H2混合混合密閉于反響器中，到達(dá)平衡時(shí)密閉于反響器中，到達(dá)平衡時(shí)CO2和和H2的