大學(xué)工科化學(xué)市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第一章 復(fù)習(xí)內(nèi)容系統(tǒng)與環(huán)境狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)內(nèi)能與焓熱力學(xué)第一定律 蓋斯定律熱力學(xué)原則態(tài)化學(xué)反應(yīng)原則焓變計(jì)算反應(yīng)進(jìn)度第1頁(yè)第1頁(yè)第二章化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向和程度自發(fā)過(guò)程：在一定條件下，無(wú)需外力推動(dòng)，任其自然就能夠發(fā)生過(guò)程。 比如： 熱自高溫物體傳向低溫物體是自發(fā)過(guò)程， 如用電爐加熱物體；“水之形避高而趨下” ；對(duì)化學(xué)反應(yīng)而言，如：鐵在潮濕空氣中銹蝕，鋅置換硫酸銅溶液反應(yīng)等； 第2頁(yè)第2頁(yè)但在相同條件下，它們逆反應(yīng)不能自動(dòng)發(fā)生。第3頁(yè)第3頁(yè)如何判斷化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性，即方向性？給定條件：等溫、等壓第4頁(yè)第4頁(yè)例：C(s) + O2(g) CO2(g)符合 H l s 同一聚集態(tài)：S(T2) S(T1) （T

2、2 T1）第9頁(yè)第9頁(yè)2.2.2 熵變與改變方向例 2.7 試計(jì)算 2NO(g) = N2(g) + O2(g)原則熵變。 解：對(duì)于反應(yīng) 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同時(shí)， rHm= 180.5 KJmol-1 1112K 時(shí)，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。 (2) 轉(zhuǎn)折點(diǎn)：第19頁(yè)第19頁(yè)注意：判斷反應(yīng)自發(fā)性（條件：封閉系統(tǒng)、等溫、等壓、系統(tǒng)不作非體積功）P26，表2.1第20頁(yè)第20頁(yè) 非原則狀態(tài)下吉布斯函數(shù)變r(jià)Gm可用來(lái)判斷任一狀態(tài)下反應(yīng)方向，rGm 與rGm 關(guān)系可通過(guò)化

3、學(xué)熱力學(xué)推導(dǎo)得出范特霍夫等溫方程式： 1.對(duì)于氣體反應(yīng) a A(g) + b B(g) = g G(g) + d D(g)若將各種氣體看作抱負(fù)氣體則有：第21頁(yè)第21頁(yè)式中PA 、 PB 、 P G、 PD 系統(tǒng)中各物質(zhì)分壓，P 為原則壓力， P / P 相對(duì)壓力，R 摩爾氣體常數(shù)其值為8.314 Jmol-1K-1。 稱為反應(yīng)商，J。則： 等溫方程式 問(wèn)題：若所有分壓均處于原則條件，此時(shí) rGm 表示式形式？第22頁(yè)第22頁(yè)2. 對(duì)于水溶液中反應(yīng) a A(aq) + b B(aq) = g G(aq) + d D(aq)式中c為水合離子濃度， 為相對(duì)濃度，單位為1。若所有水合離子濃度均處于原

4、則態(tài)，可得到 J = 1, ln J = 0 (J, reaction quotient)第23頁(yè)第23頁(yè)多數(shù)情況，rGm難以擬定（由于生成物分壓和濃度難以確知），對(duì)于普通反應(yīng)，在等溫、等壓條件下可用： 反應(yīng)不能進(jìn)行Q: 實(shí)際工作中，考慮成本，可實(shí)行性，反應(yīng)進(jìn)行程度，達(dá)到平衡產(chǎn)物 。第24頁(yè)第24頁(yè) 例： Zn (s) + O2 (g) ZnO (s) rGm = 317. 9 kJ/mol J = ( PO2/ P) 1/2欲使反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，則需：rGm 0，即： RT ln ( PO2/ P )1/2 rGm ( PO2/ P ) 1/2 exprGm/RT = exp317. 910

5、3 /(8. 314298)第25頁(yè)第25頁(yè) ( PO2/ P ) 1/2 1. 88451056 PO2/ P 3. 551310112 PO2 3. 610107 Pa 0這就是說(shuō)，即使 O2 分壓小到幾乎為零，此反應(yīng)仍然能自發(fā)進(jìn)行。 Zn (s) + O2 (g) ZnO (s)第26頁(yè)第26頁(yè)2.4 化學(xué)反應(yīng)程度化學(xué)平衡 CO(g) + H2O (g) = CO2(g) + H2(g)可逆反應(yīng)：同一條件下，既能向某一方向進(jìn)行又能向相反方向進(jìn)行反應(yīng)。 并把從左向右進(jìn)行反應(yīng)稱作正反應(yīng)；從右向左進(jìn)行反應(yīng)則稱作逆反應(yīng)。 平衡時(shí)各物質(zhì)濃度或含量不再改變，平衡為動(dòng)態(tài)平衡。kf動(dòng)態(tài)平衡 A Bkr第

6、27頁(yè)第27頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)上全部化學(xué)反應(yīng)都含有可逆性，只是可逆程度不同，用 表示可逆反應(yīng)。 衡量平衡程度平衡常數(shù)第28頁(yè)第28頁(yè)1. 平衡常數(shù)1） 以平衡濃度表示平衡常數(shù)以化學(xué)反應(yīng)方程式中相應(yīng)化學(xué)計(jì)量數(shù)為冪指數(shù)，化學(xué)反應(yīng)方程中各個(gè)物種濃度（平衡時(shí)）乘積即為以濃度表示平衡常數(shù)表示式，可逆反應(yīng)：a A + b B = c C + d D用濃度表示平衡常數(shù) Kc 為第29頁(yè)第29頁(yè)2） 以平衡分壓表示平衡常數(shù)或?qū)憺闅庀喾磻?yīng)： a A + b B = m M + n N注：氣體分壓：混合氣體中某一組分氣體在與混合氣體溫度相同時(shí)，單獨(dú)占有整個(gè)容積所含有壓力；混合氣體總壓力等于各個(gè)氣體分壓之和（Dalton 分壓

7、定律）。第30頁(yè)第30頁(yè) 對(duì)于有氣體參與反應(yīng) a A(g) + b B(g) = g G(g) + d D(g)若將氣體看作抱負(fù)氣體，則有： 范特霍夫 等溫方程式到達(dá)平衡時(shí)，rGm= 0 時(shí)，P 亦為平衡分壓3） 原則平衡常數(shù)第31頁(yè)第31頁(yè)為原則平衡常數(shù)，無(wú)量綱 。可得到 由于 在一定溫度下為一定值，則：第32頁(yè)第32頁(yè)對(duì)于水溶液中反應(yīng) a A(aq) + b B(aq) = g G(aq) + d D(aq)達(dá)平衡時(shí)：同樣有： 對(duì)于給定反應(yīng)，其值與溫度相關(guān)，而與分壓或濃度無(wú)關(guān)。第33頁(yè)第33頁(yè)可用 J 和 K 判斷反應(yīng)方向和程度J K，r K，r 0 反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行J = K，r = 0

8、 平衡狀態(tài)由于 則：第34頁(yè)第34頁(yè)應(yīng)用平衡常數(shù)表示式幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：1）無(wú)論反應(yīng)過(guò)程詳細(xì)路徑如何，都可據(jù)總化學(xué)方程式寫(xiě)出平衡常數(shù)表示式。（2）各物質(zhì)濃度（或氣體分壓）均為平衡時(shí)濃度或分壓。對(duì)于反應(yīng)物或生成物為固態(tài)或液態(tài)純物質(zhì)，其分壓或濃度不出現(xiàn)在表示式中。Fe3O4(s) + 4 H2(g) = 3 Fe(s) + 4 H2O(g)CaCO3(s) =CaO (s)+ CO2(g) K =P CO2 / P第35頁(yè)第35頁(yè)(3)平衡常數(shù)表示式與化學(xué)方程式寫(xiě)法相關(guān)。(4) 平衡常數(shù)與溫度相關(guān)，而與分壓或濃度無(wú)關(guān)。N2(g) + 3H2 (g) = 2 NH3(g) 1/2N2(g) + 3/2

9、H2 (g) = NH3(g) 2NH3(g) = N2(g) + 3 H2 (g) 則 ：K 1 = (K2)2 = 1/K3第36頁(yè)第36頁(yè)2. 原則平衡常數(shù)計(jì)算依據(jù)定義式。注意：表示式中壓力為分壓利用公式 解：依據(jù)公式 rGm =RT ln K比如：已知反應(yīng) 2NO(g) = N2(g) + O2(g) rGm =173.2 kJmol-1, rHm =180.5 kJmol-1, rSm=24.9 Jmol-1K-1求：此反應(yīng)在298.15K和1000K 時(shí) K第37頁(yè)第37頁(yè)(2)當(dāng)T = 1000K時(shí)，可由吉布斯等溫方程求出 rGm (1000K) =rHm (298.15K) 1

10、000rSm (298.15K)/1000 = 155.6 kJmol-1 則 lnK(1000K) =rGm(1000K) / RT K（1000K）= 1.3x108 可見(jiàn)K 減小，溫度上升 則產(chǎn)率下降。升高溫度不利于反應(yīng)。(1)當(dāng)T = 298.15K時(shí)，K（298.15K）= 2.2x1030 可見(jiàn)反應(yīng)進(jìn)行得很完全。第38頁(yè)第38頁(yè)對(duì)于不同溫度下 K ， 也能夠由以下方法求出 (A) (B)式(B) - (A)可得到： 范特霍夫方程可直接利用此式來(lái)計(jì)算不同溫度下第39頁(yè)第39頁(yè)3. 化學(xué)平衡移動(dòng)影響平衡原因 定義：因條件改變使化學(xué)反應(yīng)從本來(lái)平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到新平衡狀態(tài)過(guò)程。 例： C(s)

11、 + H2O(g) CO(g) + H2(g) rHm=131.3 KJmol-1 條件改變：1、增長(zhǎng)水蒸氣濃度，平衡向右移動(dòng) 2、減小壓強(qiáng)平衡向右移動(dòng) 3、提升溫度平衡向右移動(dòng)原因：條件改變 J K第40頁(yè)第40頁(yè)結(jié)論：在平衡系統(tǒng)內(nèi) (1)增長(zhǎng)反應(yīng)物濃度，平衡就向生成物方向移動(dòng)。 (2)對(duì)于有氣態(tài)物質(zhì)存在平衡，增長(zhǎng)壓力，平衡就向減少壓力，也就是在容積不變條件下，向著減少氣體分子總數(shù)方向移動(dòng)。 CaCO3(s) =CaO (s)+ CO2(g)（3）升高溫度，平衡就向減少溫度方向移動(dòng)。第41頁(yè)第41頁(yè)濃度，壓力使J 改變，溫度使K 改變，其結(jié)果都造成系統(tǒng)平衡移動(dòng)，最后達(dá)到J = K, 從而使

12、達(dá)平衡。呂查德里原理(Le Chateliers principle)： 假如改變平衡系統(tǒng)條件之一，如濃度壓力或溫度，平衡就向能削弱這個(gè)改變方向移動(dòng)。When a system at equilibrium is stressed, the equilibrium will shift in such a way as to minimize the effect of the stress.第42頁(yè)第42頁(yè)(3)在一定溫度下化學(xué)平衡一旦建立，平衡常數(shù)則一定?；瘜W(xué)平衡含有下列特性：(1) 化學(xué)平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡；(2) 條件發(fā)生了改變，原有平衡將被破壞，代之 以新平衡。第43頁(yè)第43頁(yè)Fe2O3(s) + 3 CO(g) = 2 Fe(s) + 3 CO2(g)煉一