大學(xué)化學(xué)(第二版) 曹瑞軍主編 第二章課件

1、大學(xué)化學(xué)大學(xué)化學(xué)曹瑞軍主編曹瑞軍主編大學(xué)化學(xué)大學(xué)化學(xué)，第二版，第二版孟令杰孟令杰化學(xué)樓化學(xué)樓化學(xué)的研究內(nèi)容化學(xué)的研究內(nèi)容u化學(xué)研究的化學(xué)研究的主要內(nèi)容主要內(nèi)容是：研究物質(zhì)的組成、結(jié)是：研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)（包括原子、分子、離子等微粒）、性質(zhì)以構(gòu)（包括原子、分子、離子等微粒）、性質(zhì)以及變化規(guī)律的科學(xué)。及變化規(guī)律的科學(xué)。u化學(xué)反應(yīng)過程的化學(xué)反應(yīng)過程的本質(zhì)本質(zhì)是有舊的化學(xué)鍵的斷裂和是有舊的化學(xué)鍵的斷裂和新的化學(xué)鍵生成并伴隨有能量的變化。新的化學(xué)鍵生成并伴隨有能量的變化。u化學(xué)反應(yīng)主要化學(xué)反應(yīng)主要應(yīng)用應(yīng)用：利用化學(xué)反應(yīng)得到有用的物質(zhì)利用化學(xué)反應(yīng)得到有用的物質(zhì)利用化學(xué)反應(yīng)獲取能量利用化學(xué)反應(yīng)獲取能量年輕

2、人為什么要學(xué)點(diǎn)化學(xué)？年輕人為什么要學(xué)點(diǎn)化學(xué)？nYoung people should study chemistry because they can learn how to cook. Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, No. 46, 10762 Google：“Young people should study chemistry because ”O(jiān)rhttp:/wastedf.gapp.in/ Xinliang課程的內(nèi)容和安排課程的內(nèi)容和安排n化學(xué)反應(yīng)中的能量化學(xué)反應(yīng)中的能量 （約（約8課時(shí)）課時(shí)）n化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率（約化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率（約6

3、課時(shí)）課時(shí)）n溶液溶液 （約（約8課時(shí)）課時(shí)） n電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ) （約（約8課時(shí)）課時(shí)）n物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) （約（約10課時(shí)）課時(shí)）n化學(xué)與環(huán)境化學(xué)與環(huán)境 （約（約4課時(shí)）課時(shí)）第二章第二章 化學(xué)反應(yīng)中的能量化學(xué)反應(yīng)中的能量The Energy Change of Chemical Reactions 研究化學(xué)反應(yīng)和相變過程中研究化學(xué)反應(yīng)和相變過程中能量轉(zhuǎn)換規(guī)律能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的的科學(xué)叫做科學(xué)叫做化學(xué)熱力學(xué)?；瘜W(xué)熱力學(xué)。煤燃燒煤燃燒植物的光合作用植物的光合作用金屬鎂燃燒金屬鎂燃燒u1.1 基本概念基本概念u1.2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律u1.3 焓、焓變和焓、焓變和Hess定律

4、定律u1.4 熵與熵變熵與熵變u1.5 Gibbs函數(shù)函數(shù)本章內(nèi)容與提綱本章內(nèi)容與提綱本章要點(diǎn)本章要點(diǎn) 2. 了解恒壓熱效應(yīng)與反應(yīng)焓變、恒容熱效應(yīng)與內(nèi)能改變之了解恒壓熱效應(yīng)與反應(yīng)焓變、恒容熱效應(yīng)與內(nèi)能改變之間的關(guān)系，掌握間的關(guān)系，掌握化學(xué)反應(yīng)的焓變和熵變的基本計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變和熵變的基本計(jì)算，了解，了解Hess定律的實(shí)際應(yīng)用；定律的實(shí)際應(yīng)用；1. 掌握掌握狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、功功、熱熱、焓焓、Hess定律定律、熵熵和和Gibbs函數(shù)變函數(shù)變等基本概念；等基本概念； 3. 初步掌握初步掌握Gibbs函數(shù)變的計(jì)算函數(shù)變的計(jì)算，會(huì)用，會(huì)用Gibbs函數(shù)變判斷化學(xué)函數(shù)變判斷化學(xué)反應(yīng)進(jìn)

5、行的方向和限度反應(yīng)進(jìn)行的方向和限度，了解耦合反應(yīng)的基本原理，估算反，了解耦合反應(yīng)的基本原理，估算反應(yīng)進(jìn)行的溫度范圍。應(yīng)進(jìn)行的溫度范圍。1.1 基本概念基本概念1. 體系體系 (系統(tǒng)系統(tǒng)) 和環(huán)境和環(huán)境 (system and surrounding ) 體系體系(系統(tǒng)系統(tǒng))就是所要研究的對(duì)象；就是所要研究的對(duì)象； 系統(tǒng)以外與系統(tǒng)有密切聯(lián)系的其他物質(zhì)或系統(tǒng)以外與系統(tǒng)有密切聯(lián)系的其他物質(zhì)或 空間部分，叫做空間部分，叫做環(huán)境環(huán)境。 系統(tǒng)的分類系統(tǒng)的分類 敞開體系敞開體系既有物質(zhì)交換既有物質(zhì)交換又有能量交換又有能量交換 封閉體系封閉體系只有能量交換只有能量交換而無物質(zhì)交換而無物質(zhì)交換 孤立體系孤立體系

6、既無能量交換既無能量交換也無物質(zhì)交換也無物質(zhì)交換 1.） 根據(jù)體系和環(huán)境根據(jù)體系和環(huán)境物質(zhì)與能量交換方式物質(zhì)與能量交換方式不同，不同， 將體系分為三類：將體系分為三類： 思考：思考： 取一個(gè)裝有鹽酸溶 液的燒杯，投入鋅粒進(jìn) 行鋅與鹽酸反應(yīng)，哪一 部分是系統(tǒng)？哪一部分 是環(huán)境？ 若放有鋅粒的鹽酸溶液是系統(tǒng)，若放有鋅粒的鹽酸溶液是系統(tǒng)，溶液上的空氣和燒杯及外部空間，溶液上的空氣和燒杯及外部空間，就是環(huán)境；就是環(huán)境； 也可以取燒杯以內(nèi)的物質(zhì)和空間也可以取燒杯以內(nèi)的物質(zhì)和空間作為系統(tǒng)，那么，燒杯以外的部作為系統(tǒng)，那么，燒杯以外的部分就是環(huán)境。分就是環(huán)境。相相：體系中任何具有相同物理、化學(xué)性質(zhì)的均勻：體

7、系中任何具有相同物理、化學(xué)性質(zhì)的均勻 部分，稱作體系的相。部分，稱作體系的相。在不同的相之間有明在不同的相之間有明 確的界面。確的界面。一般可以用機(jī)械的方法分開。一般可以用機(jī)械的方法分開。單相體系單相體系：均勻體系，只有一個(gè)相的體系。：均勻體系，只有一個(gè)相的體系。多相體系多相體系：不均勻系，有兩相或兩相以上的體系。：不均勻系，有兩相或兩相以上的體系。相變相變：同一物質(zhì)的氣相、液相、固相間的相互轉(zhuǎn)：同一物質(zhì)的氣相、液相、固相間的相互轉(zhuǎn) 化，叫做相變。固態(tài)物質(zhì)不同晶形間的轉(zhuǎn)化，叫做相變。固態(tài)物質(zhì)不同晶形間的轉(zhuǎn) 化也屬相變?；矊傧嘧儭?2.) 根據(jù)體系中根據(jù)體系中組成組成的不同，的不同， 可分成可

8、分成單相體系單相體系和和多相多相體體系系。高分辨透射電子顯微鏡高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)High-resolution Transmission Electron Microscope TiO2/MgTiO3界面結(jié)構(gòu)界面結(jié)構(gòu)101.325 kPa，273.15 K下，下，H2O(l), H2O(g)和和 H2O(s)同時(shí)共存時(shí)，系統(tǒng)中的相數(shù)為多少？同時(shí)共存時(shí)，系統(tǒng)中的相數(shù)為多少？2. CaCO3(s)分解為分解為CaO (s)和和CO2(g)并且達(dá)到平并且達(dá)到平衡的系統(tǒng)中有多少相？衡的系統(tǒng)中有多少相？思考思考2. 狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù) (state function ) 1.)

9、 狀態(tài)狀態(tài)是系統(tǒng)內(nèi)一切性質(zhì)（是系統(tǒng)內(nèi)一切性質(zhì)（如如溫度、壓力、體積、質(zhì)量、溫度、壓力、體積、質(zhì)量、密度、能量密度、能量。 ）的總和。）的總和。 2.) 狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù)是描述體系宏觀性質(zhì)的函數(shù)。是描述體系宏觀性質(zhì)的函數(shù)。 如理想氣體的狀態(tài)通?？梢杂萌缋硐霘怏w的狀態(tài)通常可以用p、V、T、n四個(gè)物理四個(gè)物理 量來描述。這四個(gè)量確定，該系統(tǒng)的狀態(tài)就確定。量來描述。這四個(gè)量確定，該系統(tǒng)的狀態(tài)就確定。 狀態(tài)變化前叫狀態(tài)變化前叫始態(tài)始態(tài)，狀態(tài)變化后叫，狀態(tài)變化后叫終態(tài)終態(tài)。 3.) 狀態(tài)函數(shù)之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。狀態(tài)函數(shù)之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。 n體系狀態(tài)一定，體系的狀態(tài)函數(shù)就有一定值；體系狀態(tài)一定，體

10、系的狀態(tài)函數(shù)就有一定值；n終態(tài)和始態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)的變化是一定值，終態(tài)和始態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)的變化是一定值，（狀態(tài)函數(shù)（狀態(tài)函數(shù)只與只與系統(tǒng)變化的系統(tǒng)變化的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化，而與變化的的途徑無關(guān)途徑無關(guān)。）。）3. 狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù) 的兩大的兩大特征特征 狀態(tài)狀態(tài)1狀態(tài)狀態(tài)2: T 8020 60狀態(tài)函數(shù)有特征，狀態(tài)一定值一定，狀態(tài)函數(shù)有特征，狀態(tài)一定值一定，殊途同歸變化等，周而復(fù)始變化零。殊途同歸變化等，周而復(fù)始變化零。 4.4.狀態(tài)函數(shù)的兩個(gè)狀態(tài)函數(shù)的兩個(gè)性質(zhì)性質(zhì)n容量性質(zhì)容量性質(zhì) 其數(shù)值大小和系統(tǒng)中所含物質(zhì)的其數(shù)值大小和系統(tǒng)中所含物質(zhì)的量成正比，量成正比，( (廣度性

11、質(zhì)）具有加和性。廣度性質(zhì)）具有加和性。n強(qiáng)度性質(zhì)強(qiáng)度性質(zhì) 數(shù)值大小和系統(tǒng)中所含物質(zhì)的量數(shù)值大小和系統(tǒng)中所含物質(zhì)的量無關(guān)，不具有加和性。無關(guān)，不具有加和性。 5. 過程和途徑過程和途徑 u過程：系統(tǒng)發(fā)生變化的經(jīng)過，稱熱力學(xué)過程。過程：系統(tǒng)發(fā)生變化的經(jīng)過，稱熱力學(xué)過程。 有各種不同的過程：有各種不同的過程：恒溫過程恒溫過程； 恒壓過程恒壓過程；恒容過程恒容過程；絕熱過程絕熱過程。u途徑：系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程從始態(tài)變化到終態(tài)，途徑：系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)過程從始態(tài)變化到終態(tài)， 可以采用許多不同的方式，系統(tǒng)發(fā)生可以采用許多不同的方式，系統(tǒng)發(fā)生 變化的具體方式稱作途徑。變化的具體方式稱作途徑。 過程過程的著眼點(diǎn)是的著

12、眼點(diǎn)是始終態(tài)，始終態(tài)，而而途徑途徑則是則是具體方式。具體方式。6. 內(nèi)能、熱和功內(nèi)能、熱和功 ( internal energy, heat, work) 1. 1.) )內(nèi)能內(nèi)能 內(nèi)能是體系內(nèi)能是體系內(nèi)內(nèi)一切能量的總和一切能量的總和。用。用“U”表示。表示。 U= UK + UE + U核核 UK：體系內(nèi)部分子或離子、原子的內(nèi)動(dòng)能；體系內(nèi)部分子或離子、原子的內(nèi)動(dòng)能； UE：分子之間作用能（勢(shì)能）；分子之間作用能（勢(shì)能）； U核：核：分子內(nèi)部具有的能量。分子內(nèi)部具有的能量。 不包括：不包括：體系體系整體整體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能動(dòng)能， 體系體系整體整體處于外力場中具有的處于外力場中具有的勢(shì)能勢(shì)能。同

13、樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，同樣的物質(zhì)，在相同的溫度和壓力下，前者放在前者放在10000 m 高空、以高空、以400 m/s飛行飛行的飛機(jī)上，后者靜止在地面上。的飛機(jī)上，后者靜止在地面上。兩者內(nèi)能是否相同？兩者內(nèi)能是否相同？相同。相同。思考思考1UU 2U內(nèi)能的內(nèi)能的絕對(duì)值無法準(zhǔn)確測定絕對(duì)值無法準(zhǔn)確測定。但當(dāng)體系從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)時(shí)，但當(dāng)體系從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)時(shí)，內(nèi)能的內(nèi)能的變化值變化值卻卻可以測定可以測定： 內(nèi)能是內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)。狀態(tài)函數(shù)。21UUU1.) 內(nèi)能內(nèi)能 體系與環(huán)境的體系與環(huán)境的能量交換能量交換（傳遞或轉(zhuǎn)換）的（傳遞或轉(zhuǎn)換）的 兩種基本形式即熱和功，均與兩種基

14、本形式即熱和功，均與過程過程有關(guān)。有關(guān)。 熱熱體系與環(huán)境之間因溫度不同而傳遞的能量。體系與環(huán)境之間因溫度不同而傳遞的能量。 用符號(hào)用符號(hào)Q表示，并規(guī)定體系表示，并規(guī)定體系吸熱吸熱Q為為正正值；值； 體系體系放熱放熱Q為為負(fù)負(fù)值。值。功功除熱以外的其它能量傳遞形式統(tǒng)稱為功。除熱以外的其它能量傳遞形式統(tǒng)稱為功。 用 符 號(hào)用 符 號(hào) w 表 示 ，表 示 ， 環(huán) 境環(huán) 境 對(duì) 體 系對(duì) 體 系 做 功做 功 w 為為 正正 值 ；值 ； 體系體系對(duì)環(huán)境對(duì)環(huán)境做功做功w為為負(fù)負(fù)值。值。 2.) 熱和功熱和功 體積功體積功是由于體系體積變化反抗外力而與環(huán)境交換是由于體系體積變化反抗外力而與環(huán)境交換 的

15、能量。若某體系在壓力為的能量。若某體系在壓力為p時(shí)由時(shí)由V1變到變到V2， 體系做功為：體系做功為： w=p(V1 V2)= -pV 3）功和熱在能量交換的結(jié)果上相同，但）功和熱在能量交換的結(jié)果上相同，但形式上不同形式上不同， 功是有序運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，而熱是無序運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。功是有序運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，而熱是無序運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。 2.) 熱和功熱和功 2）功和熱都）功和熱都不是狀態(tài)函數(shù)不是狀態(tài)函數(shù)，都與過程相聯(lián)系。，都與過程相聯(lián)系。1）功有多種形式，通常分體積功和非體積功兩類。）功有多種形式，通常分體積功和非體積功兩類。 非體積功非體積功是除體積功以外的其它功的統(tǒng)稱。是除體積功以外的其它功的統(tǒng)稱。 （如電功、表

16、面功等）（如電功、表面功等）將將1 mol理想氣體的溫度提高理想氣體的溫度提高20 C時(shí)，時(shí)，是否做體積功？是否做體積功？ 該理想氣體密閉在該理想氣體密閉在1)氣球中，氣球中，2) 鋼瓶中。鋼瓶中。1) 做體積功做體積功2) 未做體積功未做體積功思考思考1.2 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 1. 能量守恒定律能量守恒定律 （熱力學(xué)第一定律）（熱力學(xué)第一定律） 在自然界中的能量既不能創(chuàng)造也不能消滅，在自然界中的能量既不能創(chuàng)造也不能消滅， 只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或從 一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，在轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn) 化的過程中能

17、量的總值保持不變。化的過程中能量的總值保持不變。 設(shè)一封閉體系內(nèi)能為設(shè)一封閉體系內(nèi)能為U1 ，該體系從環(huán)境吸收，該體系從環(huán)境吸收 熱量熱量Q同時(shí)環(huán)境對(duì)體系做功同時(shí)環(huán)境對(duì)體系做功w，使其內(nèi)能發(fā)生變化，使其內(nèi)能發(fā)生變化， 從從U1的狀態(tài)（始態(tài)）變到的狀態(tài)（始態(tài)）變到U2的狀態(tài)（終態(tài)）。的狀態(tài)（終態(tài)）。 2. 熱力學(xué)第一定律表達(dá)式熱力學(xué)第一定律表達(dá)式根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可得：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可得： U2 = U1 + Q + wU2 U1 = Q + w U = Q + w注意：注意： 1o “”終態(tài)始態(tài)終態(tài)始態(tài) （物理量的變化值）（物理量的變化值） 2o 體系（反應(yīng)）體系（反應(yīng)）吸熱，吸熱，Q

18、為為“”； 體系（反應(yīng)）放熱，體系（反應(yīng)）放熱， Q為為“”； 環(huán)境對(duì)體系環(huán)境對(duì)體系做功，做功，w為為“” ； 體系對(duì)環(huán)境做功，體系對(duì)環(huán)境做功，w為為“” 。3. 熱力學(xué)第一定律的物理意義熱力學(xué)第一定律的物理意義 封閉系統(tǒng)中狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能的變化封閉系統(tǒng)中狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)能的變化 等于系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱加上環(huán)境對(duì)系統(tǒng)所做等于系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱加上環(huán)境對(duì)系統(tǒng)所做 的功。的功。例例1.1 某體系吸收了某體系吸收了40 kJ熱量，對(duì)環(huán)境做了熱量，對(duì)環(huán)境做了 20 kJ的功，那么體系內(nèi)能的改變量為的功，那么體系內(nèi)能的改變量為? 解：對(duì)體系而言解：對(duì)體系而言: U(體系體系) = Q +

19、w = 40 + ( 20) = 20 (kJ) 對(duì)環(huán)境而言對(duì)環(huán)境而言: U(環(huán)境環(huán)境) = Q + w = (40) + 20 = 20 (kJ) U(環(huán)境環(huán)境)= U(體系體系)1.） 反應(yīng)熱（反應(yīng)熱（Q）：）：4. 恒容反應(yīng)熱恒容反應(yīng)熱( Qv)和恒壓反應(yīng)熱和恒壓反應(yīng)熱( Qp ) 只做體積功，且只做體積功，且生成物和反應(yīng)物的生成物和反應(yīng)物的溫度相溫度相同時(shí)同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)中所吸收或放出的熱量稱為化，化學(xué)反應(yīng)中所吸收或放出的熱量稱為化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，通稱反應(yīng)熱。學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，通稱反應(yīng)熱。 U = U產(chǎn)物產(chǎn)物 U反應(yīng)物反應(yīng)物U = Q + w U產(chǎn)物產(chǎn)物 U反應(yīng)物反應(yīng)物 = Q + w00

20、Vwwp V體恒容反應(yīng)熱等于體系的內(nèi)能變化。恒容反應(yīng)熱等于體系的內(nèi)能變化。即恒容反應(yīng)中，體系吸收的熱量全部用來即恒容反應(yīng)中，體系吸收的熱量全部用來改變體系的內(nèi)能。改變體系的內(nèi)能。 U = Qv + w體 = Qv 當(dāng)當(dāng)U 0 時(shí)，時(shí)，Q 0，吸熱反應(yīng)；吸熱反應(yīng)；當(dāng)當(dāng)U 0時(shí)，時(shí)，Q 0，H 0 放熱反應(yīng)：放熱反應(yīng)： Qp 0，H H低溫低溫2 ） 同一物質(zhì)的不同聚集態(tài)：同一物質(zhì)的不同聚集態(tài)：Hg Hl Hs3 ） 對(duì)化學(xué)反應(yīng)而言：對(duì)化學(xué)反應(yīng)而言： Qp =H =H(生成物生成物) H(反應(yīng)物反應(yīng)物) 吸熱吸熱反應(yīng)，反應(yīng)，H 0 。放熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)，H CH4 CO 2） 發(fā)展化學(xué)蓄熱技術(shù)發(fā)展

21、化學(xué)蓄熱技術(shù)例例 1) Na2SO4 10H2O(s) Na2SO4 (aq) + 10H2O(l) rH = 81 kJ/mol 2) Ca (s) + H2 (g) CaH2 (s); rH = -186 kJ/mol3）熱化學(xué)循環(huán)法制氫）熱化學(xué)循環(huán)法制氫)g(HBr2) s (CaO)g(OH) s (CaBr75070022)g(O) s (CaBr)g(BrCaO22126005002)()(4)(3)(8)(22230020043gBrgOHsFeBrgHBrsOFe)g(H)g(HBr6) s (OFe)g(OH4) s (FeBr324360050022)()()(22122g

22、OgHgOH 循環(huán)的總結(jié)果是水在較低溫度（不超過循環(huán)的總結(jié)果是水在較低溫度（不超過750或或1023K）下下分解：分解：下述的四步循環(huán)：下述的四步循環(huán)：（1）（2）（3）（4）1.4 化學(xué)反應(yīng)的方向和吉布斯函數(shù)變化學(xué)反應(yīng)的方向和吉布斯函數(shù)變 1. 自發(fā)過程自發(fā)過程不需要人為干涉而能自發(fā)發(fā)生的過程。不需要人為干涉而能自發(fā)發(fā)生的過程。1.) 化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性 鐵在潮濕空氣中銹蝕鐵在潮濕空氣中銹蝕 鋅置換硫酸銅溶液的銅鋅置換硫酸銅溶液的銅1. ) 化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性 人的生長和衰老過程人的生長和衰老過程1. ) 化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性 1. 自發(fā)過程自發(fā)過程：

23、給定條件下不需外加能量就能自動(dòng)進(jìn)行：給定條件下不需外加能量就能自動(dòng)進(jìn)行 的過程。自發(fā)過程的逆過程非自發(fā)。的過程。自發(fā)過程的逆過程非自發(fā)。 2. 非自發(fā)過程非自發(fā)過程：給定條件下需外加能量才能進(jìn)行的：給定條件下需外加能量才能進(jìn)行的 過程。過程。 A. 自發(fā)、非自發(fā)過程互為逆過程；自發(fā)、非自發(fā)過程互為逆過程；B. 自發(fā)或非自發(fā)過程是在給定自發(fā)或非自發(fā)過程是在給定條件條件下而言的，下而言的， “非自發(fā)非自發(fā)”“不可能不可能” 。3. 相互關(guān)系相互關(guān)系C. 自發(fā)過程的最大限度是體系的平衡狀態(tài)自發(fā)過程的最大限度是體系的平衡狀態(tài)。 說明說明2.) 自發(fā)過程的特點(diǎn)自發(fā)過程的特點(diǎn)1）具有不可逆性2）有一定的限

24、度3）有一定的物理量判斷 方向和限度1.) 反應(yīng)的焓變反應(yīng)的焓變 rHm 2. 影響反應(yīng)方向的因素影響反應(yīng)方向的因素 研究發(fā)現(xiàn)：許多放熱反應(yīng)在室溫和常壓下是自發(fā)的，研究發(fā)現(xiàn)：許多放熱反應(yīng)在室溫和常壓下是自發(fā)的， 而許多吸熱反應(yīng)是非自發(fā)的。而許多吸熱反應(yīng)是非自發(fā)的。 2.)2.)最低能量原理：最低能量原理：1878年，法國年，法國M. Berthelot和丹麥和丹麥J. Thomsen提出：提出：自發(fā)自發(fā)的化學(xué)反應(yīng)趨向于使系統(tǒng)放出最多的能量，的化學(xué)反應(yīng)趨向于使系統(tǒng)放出最多的能量，即反應(yīng)過程中即反應(yīng)過程中系統(tǒng)有趨向最低能量狀態(tài)的趨向系統(tǒng)有趨向最低能量狀態(tài)的趨向。最低能量原理是許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)的總結(jié)，最

25、低能量原理是許多實(shí)驗(yàn)事實(shí)的總結(jié)，對(duì)多數(shù)放熱反應(yīng)是適用的。對(duì)多數(shù)放熱反應(yīng)是適用的。但有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)地進(jìn)行但有些吸熱反應(yīng)也能自發(fā)地進(jìn)行。 能自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)實(shí)例：能自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)實(shí)例： 221Ag(s)+Hg Cl (s)=AgCl(s)+Hg(l)212985.35 kJ molrH 2521N O (g)=2NO(g)+O (g)2129856.7 kJ molrH 冰 水 H 0CaCO3(s) CaO(s)+ CO2(g) rH298 = 178.33 kJmol1 K1183 水 冰 H 0 C10常溫均自發(fā)均自發(fā) 用用H 判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向是片面的判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行方向是片

26、面的 宏觀物質(zhì)世界事物變化的方向普遍受兩大因素制約：宏觀物質(zhì)世界事物變化的方向普遍受兩大因素制約：1）體系趨向于取得最低能量（放熱）。）體系趨向于取得最低能量（放熱）。2）體系趨向于取得最大混亂度（熵增）。）體系趨向于取得最大混亂度（熵增）。3.3.）混亂度）混亂度n微觀狀態(tài)（數(shù)）微觀狀態(tài)（數(shù)）n例：將一些不同的分子放在兩個(gè)格子里例：將一些不同的分子放在兩個(gè)格子里, ,n 各種擺放的方式為微觀狀態(tài)數(shù)各種擺放的方式為微觀狀態(tài)數(shù)n 分子數(shù)分子數(shù) 可能的分布方式可能的分布方式 微觀狀態(tài)數(shù)微觀狀態(tài)數(shù) 1 2 21 2 4 22 3 8 23 100 2100 N 2N如上例所示，我們把系統(tǒng)的每一個(gè)粒子

27、的位置如上例所示，我們把系統(tǒng)的每一個(gè)粒子的位置都確定的狀態(tài)稱為微觀狀態(tài)，于是一個(gè)宏觀狀都確定的狀態(tài)稱為微觀狀態(tài)，于是一個(gè)宏觀狀態(tài)可能出現(xiàn)的微觀狀態(tài)就很多了。態(tài)可能出現(xiàn)的微觀狀態(tài)就很多了。系統(tǒng)越復(fù)雜，微觀狀態(tài)數(shù)越多，越混亂。系統(tǒng)越復(fù)雜，微觀狀態(tài)數(shù)越多，越混亂。我們把一定宏觀狀態(tài)下系統(tǒng)可能出現(xiàn)的微觀狀我們把一定宏觀狀態(tài)下系統(tǒng)可能出現(xiàn)的微觀狀態(tài)的數(shù)目定義為這一宏觀狀態(tài)的混亂度，以態(tài)的數(shù)目定義為這一宏觀狀態(tài)的混亂度，以 表示。表示。4.4.）熵）熵 SS = k ln 微觀性質(zhì)微觀性質(zhì) 平均動(dòng)能平均動(dòng)能 平均動(dòng)量平均動(dòng)量 平均距離平均距離 混亂度混亂度宏觀物理量宏觀物理量 T P V S 熵熵 (S)

28、：熵是一種狀態(tài)函數(shù)。熵是一種狀態(tài)函數(shù)。熵是體系內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)混亂度的量度。熵值熵是體系內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)混亂度的量度。熵值越大，則對(duì)應(yīng)混亂度越大或體系越處于越大，則對(duì)應(yīng)混亂度越大或體系越處于無序的狀態(tài)。無序的狀態(tài)。5.）熵的性質(zhì)熵的性質(zhì)理想氣體混合理想氣體混合KCl等鹽類溶解等鹽類溶解 熵值越大，混亂度越大。熵值越大，混亂度越大。 只與變化的始、終態(tài)有關(guān)，與變化途徑無關(guān)。只與變化的始、終態(tài)有關(guān)，與變化途徑無關(guān)。 一定條件下一定狀態(tài)的體系有確定的熵值。一定條件下一定狀態(tài)的體系有確定的熵值。 物質(zhì)變化的趨向于熵增加的方向。物質(zhì)變化的趨向于熵增加的方向。熱力學(xué)第三定律：絕對(duì)零度熱力學(xué)第三定律：絕對(duì)零度(0 K)時(shí)，

29、任何純物質(zhì)的完時(shí)，任何純物質(zhì)的完整晶體，其組分粒子都處于完全有序的排列狀態(tài)，規(guī)整晶體，其組分粒子都處于完全有序的排列狀態(tài)，規(guī)定它的熵值為定它的熵值為0。 S0(完整晶體完整晶體)0（下標(biāo)（下標(biāo)0為為0 K）NaCl晶胞晶胞任意任意T溫度時(shí)體系的熵值溫度時(shí)體系的熵值ST ：即將某物質(zhì)從絕對(duì)零度升溫到即將某物質(zhì)從絕對(duì)零度升溫到T K時(shí)時(shí) 過程的熵變。過程的熵變。SSTS0STST從絕對(duì)零度時(shí)熵值為零求出的，從絕對(duì)零度時(shí)熵值為零求出的，稱為稱為絕對(duì)熵絕對(duì)熵。熵有絕對(duì)值！熵有絕對(duì)值！思考 指出下列過程的符號(hào)，即熵是增加還是減少？指出下列過程的符號(hào)，即熵是增加還是減少？1.水結(jié)成冰水結(jié)成冰2. 干冰蒸發(fā)

30、干冰蒸發(fā)3.從海水中提取純水和鹽從海水中提取純水和鹽4. 2NH4NO3(s) 2N2(g)+4H2O (g)+ O2(g)5.AgNO3+NaBr AgBr(s)+NaNO3 S0 S0 S1111K時(shí)，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行 ； T1111K時(shí)，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行 ； T 1111K時(shí)，反應(yīng)是非自發(fā)的。時(shí)，反應(yīng)是非自發(fā)的。反應(yīng)還與反應(yīng)還與溫度溫度有關(guān)。有關(guān)。1878年，美國數(shù)學(xué)家和年，美國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家吉布斯提出了一物理學(xué)家吉布斯提出了一個(gè)綜合了個(gè)綜合了焓、熵和溫度焓、熵和溫度三三個(gè)方面的因素的新函數(shù)，個(gè)方面的因素的新函數(shù)，作為判斷反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的作為判斷反

31、應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的一個(gè)依據(jù)，這個(gè)函數(shù)就是一個(gè)依據(jù)，這個(gè)函數(shù)就是吉布斯函數(shù)吉布斯函數(shù)G。 吉布斯吉布斯J. W. Gibbs (1839-1903) 9.9.）吉布斯函數(shù)）吉布斯函數(shù)(Gibbs function)和吉布斯函數(shù)變和吉布斯函數(shù)變吉布斯函數(shù)的定義：吉布斯函數(shù)的定義：GHTS G也是狀態(tài)函數(shù)，代表體系的一種能量狀態(tài)。也是狀態(tài)函數(shù)，代表體系的一種能量狀態(tài)。GHTS 吉布斯公式吉布斯公式/等溫方程式等溫方程式 在恒溫恒壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，在恒溫恒壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，其吉布斯函數(shù)變可以寫成：其吉布斯函數(shù)變可以寫成：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)： STHG 標(biāo)準(zhǔn)態(tài)、反應(yīng)進(jìn)度標(biāo)準(zhǔn)態(tài)、反應(yīng)進(jìn)度1 mol時(shí)

32、：時(shí)： rmrmrmGHTS 10.) 10.) 反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變的物理意義反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變的物理意義GHTS G是可以利用的能量。是可以利用的能量。把體系內(nèi)可以做有用功的能叫做把體系內(nèi)可以做有用功的能叫做自由能，就是吉布自由能，就是吉布 斯函數(shù)斯函數(shù)G，則，則反應(yīng)前后的吉布斯函數(shù)變反應(yīng)前后的吉布斯函數(shù)變G自由能變，就是體系和環(huán)境之間交換的自由能變，就是體系和環(huán)境之間交換的有用功有用功。STHG 等溫方程式等溫方程式式中式中 H 即系統(tǒng)的焓變；即系統(tǒng)的焓變； T S 是該溫度下維持系統(tǒng)內(nèi)是該溫度下維持系統(tǒng)內(nèi)部一定的混亂度所需的能量變化；部一定的混亂度所需的能量變化； G是可以自由利是可以自

33、由利用來做有用功的能量用來做有用功的能量 （熱力學(xué)第二定理）（熱力學(xué)第二定理）在可逆過程中在可逆過程中 Q= U+P V+ Wmax S = Q/ T （熵的熱力學(xué)定義）（熵的熱力學(xué)定義） = ( U+P V+ Wmax)/ T = ( H+ Wmax) / T (T.P一定一定) 又又 T S - H = - G - G = Wmax G是化學(xué)反應(yīng)的推動(dòng)力和判據(jù)。是化學(xué)反應(yīng)的推動(dòng)力和判據(jù)。恒溫恒壓條件下，如果一恒溫恒壓條件下，如果一個(gè)反應(yīng)能被利用來完成個(gè)反應(yīng)能被利用來完成 有用功，這反應(yīng)是自發(fā)的；有用功，這反應(yīng)是自發(fā)的； 如果必須如果必須由環(huán)境對(duì)它做有用功，反應(yīng)才能發(fā)生，則反應(yīng)是非自發(fā)的。由

34、環(huán)境對(duì)它做有用功，反應(yīng)才能發(fā)生，則反應(yīng)是非自發(fā)的。10.) 10.) 反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變的物理意義反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變的物理意義 G 0 or H - T S 0 or H - T S0 非自發(fā)過程非自發(fā)過程（1）H 0：放熱、熵增，放熱、熵增， G 0 , S 0 。 與自然規(guī)律相悖，與自然規(guī)律相悖， 反應(yīng)一定不能正向自發(fā)進(jìn)行。反應(yīng)一定不能正向自發(fā)進(jìn)行。STHG （3）H 0 , S 0：放熱、熵減過程，放熱、熵減過程， 低溫低溫：熵減因素影響較小，放熱占主導(dǎo)地位，：熵減因素影響較小，放熱占主導(dǎo)地位， 反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行，G 0 。STHG 0GHTS STH HTS（4）H

35、0, S 0：吸熱、熵增過程吸熱、熵增過程， 低溫低溫： 熵增因素影響較小，吸熱占主導(dǎo)地位，熵增因素影響較小，吸熱占主導(dǎo)地位， 反應(yīng)不能正向自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)不能正向自發(fā)進(jìn)行，G 0。高溫高溫： 熵增因素影響較大，占主導(dǎo)地位，熵增因素影響較大，占主導(dǎo)地位， 反應(yīng)能夠正向自發(fā)進(jìn)行，反應(yīng)能夠正向自發(fā)進(jìn)行，G 0 。STHG 0GHTS STH SHT HSG化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性+任何溫度自發(fā)任何溫度自發(fā) 低溫高溫低溫高溫+低溫下自發(fā)低溫下自發(fā)+ 低溫低溫+ 高溫高溫高溫下自發(fā)高溫下自發(fā)+任何溫度不自發(fā)任何溫度不自發(fā)00HS00HS00HS00HS最穩(wěn)定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)為最穩(wěn)定單

36、質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)為0。fmG 11.) 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù) 熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，298K時(shí)，由時(shí)，由最穩(wěn)定單質(zhì)最穩(wěn)定單質(zhì)生生 成成1mol某物質(zhì)時(shí)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變叫該物質(zhì)的某物質(zhì)時(shí)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變叫該物質(zhì)的 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)。用符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)。用符號(hào) 表示，單表示，單 位為位為kJ mol1。 規(guī)定水合氫離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)規(guī)定水合氫離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)為零，即為零，即 (H+,aq) = 0。fmGfmG(P460附錄附錄2中第三列中第三列)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)： 根據(jù)吉布斯公式可以求出一個(gè)反應(yīng)在某一根據(jù)

37、吉布斯公式可以求出一個(gè)反應(yīng)在某一 溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變：溫度下的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變： ,TrmrmrmGHTS 當(dāng)化學(xué)反應(yīng)各物質(zhì)處于熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)各物質(zhì)處于熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)， 每摩爾化學(xué)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾每摩爾化學(xué)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾 吉布斯函數(shù)變，用吉布斯函數(shù)變，用 表示，單位：表示，單位：kJ.mol-1mrGmrG12.)12.)標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變例例1.13 求求32CaCO (s)=CaO(s)+CO (g)在在298K時(shí)的時(shí)的 CaCO3(s) CaO(s) CO2(g)-1206.92 -635.09 -393.

38、501kJ(mol )fmH-11(KJmol )mS92.9 39.75 213.64 解：首先查表計(jì)算反應(yīng)的解：首先查表計(jì)算反應(yīng)的 ,rmrmHS1635.09393.50( 1206.92) 178.33m)kol( JrmH -1139.75213.6492.9160.5 (K)JmolrmSrmG。=178.83298160.5 = 130.48 (kJmol1)rmrmrmGHTS 103 （課本（課本P102例例2-18）()()rmfmifimGGGvv產(chǎn)物反應(yīng)物 標(biāo)準(zhǔn)狀況下化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)狀況下化學(xué)反應(yīng)的 計(jì)算：計(jì)算： rmG,rrmm TmrHSGTfmG根據(jù)物質(zhì)的根據(jù)物質(zhì)的

39、 適用于適用于任何溫度任何溫度。焓變、熵變用焓變、熵變用298K時(shí)的數(shù)值。時(shí)的數(shù)值。僅僅適用于適用于298 K。吉布斯公式吉布斯公式例例1.14 CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) 1(kJ mol )fmG -1128.84 -604.04 -394.36 ,298604.4394.36( 1128.84)rmG 與例與例1.13中利用吉布斯公式中利用吉布斯公式得到的結(jié)果得到的結(jié)果(130.48)基本一致基本一致 。 若若T298 K，只能用：，只能用： 1130.44 (kJ mol ) mrmrTmrSTHG,如果反應(yīng)溫度不是如果反應(yīng)溫度不是298K，如何計(jì)算？，如何計(jì)

40、算？ 一般一般忽略溫度變化對(duì)焓變和熵變的影響，忽略溫度變化對(duì)焓變和熵變的影響， 用用298K時(shí)的焓變和熵變數(shù)據(jù)代替時(shí)的焓變和熵變數(shù)據(jù)代替。例例1.15 計(jì)算計(jì)算1500K時(shí)，時(shí)， 1500?rG解：解： 1500298298rrrGHTS 3110178.83 1500 160.561.92 (m)kJol rG T = rGT + 2.303RTlgQ 式中式中 R = 8.314J/mol K, Q為反應(yīng)商。為反應(yīng)商。 對(duì)于反應(yīng)對(duì)于反應(yīng) aA (aq) + dD(l) eE (g) + zZ (s) Q = (PE/P )e(CA/C )-a非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，化學(xué)反應(yīng)的自由焓變計(jì)算非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下

41、，化學(xué)反應(yīng)的自由焓變計(jì)算 由能判據(jù)適用條件：由能判據(jù)適用條件： 等溫等壓、封閉體系、不作非體積功等溫等壓、封閉體系、不作非體積功問題問題2. 封閉體系的封閉體系的 是否隨反應(yīng)進(jìn)度變化？是否隨反應(yīng)進(jìn)度變化？,TrmG問題問題1. 的反應(yīng)是否絕對(duì)無法實(shí)現(xiàn)？的反應(yīng)是否絕對(duì)無法實(shí)現(xiàn)？,T0rmG,T0,rmG問題問題3. 體系中的反應(yīng)物是否一定能體系中的反應(yīng)物是否一定能 全部轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物？全部轉(zhuǎn)換成產(chǎn)物？ 13.) Gibbs函數(shù)的應(yīng)用函數(shù)的應(yīng)用1.1.判斷反應(yīng)的方向和限度判斷反應(yīng)的方向和限度2.2.判斷物質(zhì)的穩(wěn)定性判斷物質(zhì)的穩(wěn)定性3.3.估計(jì)反應(yīng)進(jìn)行的溫度估計(jì)反應(yīng)進(jìn)行的溫度4.4.設(shè)計(jì)耦合反應(yīng)設(shè)計(jì)耦合

42、反應(yīng) 13.1） 化學(xué)反應(yīng)方向的（自由）能變判據(jù)化學(xué)反應(yīng)方向的（自由）能變判據(jù) Gibbs提出：在提出：在恒溫恒壓的封閉體系恒溫恒壓的封閉體系中，中，不作非體積功不作非體積功前提下，前提下，G可作為熱化學(xué)反應(yīng)可作為熱化學(xué)反應(yīng)自發(fā)過程的判據(jù)。自發(fā)過程的判據(jù)。G 0，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行（逆反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行）；，反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行（逆反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行）；G = 0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。STHG 例例1.16 計(jì)算反應(yīng)計(jì)算反應(yīng)C(s) + CO2 = 2CO在在298K和和1173.15K 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變，并判斷在時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變，并判斷在此條件下能否正向自發(fā)進(jìn)行。此條件下能否正向自發(fā)

43、進(jìn)行。rG (298)0，該反應(yīng)此時(shí)不能正向自發(fā)進(jìn)行。，該反應(yīng)此時(shí)不能正向自發(fā)進(jìn)行。解：解：1）計(jì)算）計(jì)算298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變。時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變。C(s) + CO2 = 2COfG/kJmol1 0 394.4 137.2rG (T)= i ifG(生成物生成物)i ifG (反應(yīng)物反應(yīng)物)=2fG(CO) fG(CO2)fG(C)=2(137.2) (394.4) =120 (kJmol1)2) 計(jì)算計(jì)算1173.15K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變。時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變。 1173.15K 時(shí)，溫度條件發(fā)生變化，按近似計(jì)算。時(shí)，溫度條件發(fā)生變化，按近似計(jì)算。 rGm (T) = rHm

44、 (298) TrSm (298) C(s) + CO2 = 2CO Sm /JK1mol1 5.74 213.8 197.7 fHm /kJmol1 0 393.5 110.5 rSm298 = viSm (生成物生成物) viSm (反應(yīng)物反應(yīng)物) = 2197.7(5.74 + 213.8) = 175.9 (Jmol1K1) rHm298 =vifHm (生成物生成物)vifHm (反應(yīng)物反應(yīng)物) = 2 (110.5) (393.5) = 172.5 (kJmol1) rGm (1173.15) rHm (298) TrSm (298) = 172.51173.15175.910-3

45、 =34.5 (kJmol1) 在此溫度條件下，該反應(yīng)正向自發(fā)。在此溫度條件下，該反應(yīng)正向自發(fā)。 例例1.17 在室溫下銅金屬線暴露在空氣中，其表面逐漸覆蓋一層在室溫下銅金屬線暴露在空氣中，其表面逐漸覆蓋一層黑黑色氧化銅色氧化銅，當(dāng)此銅線被加熱超過一定溫度后，黑色氧化銅就，當(dāng)此銅線被加熱超過一定溫度后，黑色氧化銅就變?yōu)樽優(yōu)榧t色氧化亞銅紅色氧化亞銅，在更高溫度，氧化物覆蓋層又，在更高溫度，氧化物覆蓋層又逐漸消失逐漸消失，如何解釋這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？如何解釋這種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？13.2.判斷物質(zhì)的穩(wěn)定性判斷物質(zhì)的穩(wěn)定性解：反應(yīng)為解：反應(yīng)為 2CuO(s) Cu2O(s) + 1/2O2(g) Cu2O 2Cu

46、(s) +1/2O2(g)反反應(yīng)應(yīng) HkJ/mol S kJ/mol G kJ/mol T(K) 1) +143.7 +0.12 +108 1200 2) +166.7 +0.068 +146.4 2448 例例 1.18 根據(jù)下列數(shù)據(jù)說明根據(jù)下列數(shù)據(jù)說明298298K K下下，錫的穩(wěn)定單質(zhì)是哪一種，錫的穩(wěn)定單質(zhì)是哪一種 同素異形體？同素異形體？ Sn（白）白） Sn（灰）灰） fH kJ/mol 0 -2.1 S J/molK 51.55 44.14 解解： rH =-2.1kJ/mol rS =-7.41 J/molK rG =+0.1kJ/mol在在298K標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，白錫是穩(wěn)定單質(zhì)。標(biāo)

47、準(zhǔn)狀態(tài)下，白錫是穩(wěn)定單質(zhì)。例例1.19 反應(yīng)反應(yīng)CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)298K(低溫低溫): 1500K(高溫高溫): 1-11 178.33 kJ mol160o.J Km l5rmrmHS標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下是吸熱、熵增的反應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下是吸熱、熵增的反應(yīng)。1298130.48 kJ mol0rG1150061.92 kJ mol0rG 實(shí)際只要溫度使實(shí)際只要溫度使 反應(yīng)就可以自發(fā)。反應(yīng)就可以自發(fā)。 溫度達(dá)到溫度達(dá)到1111K以上分解反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。以上分解反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。 ,0rm TG3178.3301111()160.105rmrmrmHSTKS，,0rm TrmrmGHTS rmrmHTS13.3. 估計(jì)反應(yīng)進(jìn)行的溫度估計(jì)反應(yīng)進(jìn)行的溫度13.4.設(shè)計(jì)耦合反應(yīng)設(shè)計(jì)耦合反應(yīng) 根據(jù)Hess定理，rG既是狀態(tài)函數(shù)，就具有加和性。 根據(jù)這一性質(zhì)，將一個(gè)不能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)與一個(gè) 自發(fā)趨勢(shì)很大的反應(yīng)組合成可自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)，稱為 耦合反應(yīng)。 耦合的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)將第一個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物除去， 使總反應(yīng)的rG0 例例 如：如：(1) TiO2(s