浙江大学：《普通化学 General Chemistry》课程教学资源（PPT课件）第二章化学反应的基本原理与大气污染

2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变 2.2 化学反应进行的程度和化学平衡 2.3 化学反应速率 2.4 大气污染及其控制

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首页上一页下一页末页 1 第 2 章化学反应的基本原理与大气污染

本章学习要求 (1)了解熵变及吉布斯函数变的意义,掌握化学反应ΔG° 的近似计算,能应用△Gn判断反应进行的方向 (2)掌握△G与K°的关系及有关计算,理解浓度、压力和温度对化学平衡的影响。 (3)了解浓度、温度与反应速率的定量关系。了解元反应和反应级数的概念。能用阿仑尼乌斯公式进行初步计算。能用活化能和活化分子的概念,说明浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响。了解链反应与光化学反应的一般概念。 (4)了解大气的主要污染物,温室效应、臭氧层空洞、酸雨及光化学烟雾等综合性大气污染及其控制。了解清洁生产和绿色化学的概念。首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 2 本章学习要求 (4) 了解大气的主要污染物，温室效应、臭氧层空洞、酸雨及光化学烟雾等综合性大气污染及其控制。了解清洁生产和绿色化学的概念。 (3) 了解浓度、温度与反应速率的定量关系。了解元反应和反应级数的概念。能用阿仑尼乌斯公式进行初步计算。能用活化能和活化分子的概念，说明浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响。了解链反应与光化学反应的一般概念。 (1) 了解熵变及吉布斯函数变的意义，掌握化学反应  rGm 的近似计算，能应用  rGm 判断反应进行的方向。 (2) 掌握 rGm 与K 的关系及有关计算，理解浓度、压力和温度对化学平衡的影响

目录 2.1化学反应的方向和吉布斯函数变 2.2化学反应进行的程度和化学平衡 2.3化学反应速率 24大气污染及其控制首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 3 2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变 2.2 化学反应进行的程度和化学平衡 2.3 化学反应速率 2.4 大气污染及其控制目录

卷2 21化学反应的方向和吉布斯函数变 211影响反应方向的因素在给定条件下能自动进行的反应或过程叫自发反应或自发过程自发过程的共同特征: (1)具有不可逆性——单向性 (2)有一定的限度 (3)可有一定物理量判断变化的方向和限度——判据例如:气体向真空膨胀; 热量从高温物体传入低温物体ΔT 浓度不等的溶液混合均匀锌片与硫酸铜的置换反应等ΔG 首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 4 在给定条件下能自动进行的反应或过程叫自发反应或自发过程。自发过程的共同特征： (1) 具有不可逆性——单向性 (2) 有一定的限度 (3) 可有一定物理量判断变化的方向和限度——判据 2.1.1 影响反应方向的因素 2.1 化学反应的方向和吉布斯函数变例如：气体向真空膨胀； Δp 热量从高温物体传入低温物体 ΔT 浓度不等的溶液混合均匀 Δc 锌片与硫酸铜的置换反应等 ΔG

它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力,体系恢复原状后,会给环境留下不可磨灭的影响。反应能否自发进行,还与给定的条件有关。根据什么来判断化学反应的方向或者说反应能否自发进行呢? 首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 5 它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力，体系恢复原状后，会给环境留下不可磨灭的影响。反应能否自发进行，还与给定的条件有关。根据什么来判断化学反应的方向或者说反应能否自发进行呢？

自然界中一些自发进行的物理过程中,如物体下落等,都伴有能量的变化,系统的势能降低或损失了。这表明一个系统的势能有自发变小的倾向,或者说系统倾向于取得最低的势能。在化学反应中同样也伴有能量的变化,但情况要复杂得多为此要引进热力学状态函数熵S和吉布斯函数G。这样,只有通过热力学函数的有关计算而不必依靠实验,即可知反应能否自发进行和反应进行的限度。首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 6 自然界中一些自发进行的物理过程中，如物体下落等，都伴有能量的变化，系统的势能降低或损失了。这表明一个系统的势能有自发变小的倾向，或者说系统倾向于取得最低的势能。在化学反应中同样也伴有能量的变化，但情况要复杂得多。为此要引进热力学状态函数熵S 和吉布斯函数G。这样，只有通过热力学函数的有关计算而不必依靠实验，即可知反应能否自发进行和反应进行的限度

测反应的焓变与熵变 2H2(g)+O2(g)=2H2O( (氢气燃烧) △H=-57166kJmo1 H,O(s)=H2O( 冰的融化) △H=44012 kJ. mol-1 在25°C标准态条件下,上述二例都能自发进行。但它们的焓变却不一样,前者为放热反应,而后者则为吸热过程。如果用焓变作为反应能否自发进行的判据,则结论将彼此矛盾, 因此,用焓变作为判据行不通。首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 7 在25ºC标准态条件下，上述二例都能自发进行。但它们的焓变却不一样，前者为放热反应，而后者则为吸热过程。如果用焓变作为反应能否自发进行的判据，则结论将彼此矛盾，因此，用焓变作为判据行不通。 1. 反应的焓变与熵变 2H2(g) + O2 (g) = 2H2O (l) （氢气燃烧）  rHm = - 571.66 kJ . mol-1 H2O (s) = H2O (l) （冰的融化）  rHm = 44.012 kJ . mol-1

熵的定义: 熵是系统内物质微观粒子的混乱度(或无序度)的量度 S=kIn2 κ为玻尔兹曼常数,Ω为系统的微观状态的数目(热力学概率) 思考:两种气体混合过程的熵变如何? 混合过程使系统的混乱度增加,因此熵增加。观看混乱度示意动画首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 8 熵的定义：熵是系统内物质微观粒子的混乱度(或无序度)的量度。 S=k lnΩ k为玻尔兹曼常数，Ω为系统的微观状态的数目(热力学概率)。观看混乱度示意动画思考：两种气体混合过程的熵变如何？混合过程使系统的混乱度增加，因此熵增加

热力学第二定律的统计表达为: 在隔离系统中发生的自发进行反应必伴随着熵的增加,或隔离系统的熵总是趋向于极大值。这就是自发过程的热力学准则,称为熵增加原理。 △Sm≥0 自发过程平衡状态 (2.2) 这就是隔离系统的熵判据。首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 9 在隔离系统中发生的自发进行反应必伴随着熵的增加，或隔离系统的熵总是趋向于极大值。这就是自发过程的热力学准则，称为熵增加原理。 ΔS隔离 ≥ 0 这就是隔离系统的熵判据。热力学第二定律的统计表达为：自发过程平衡状态 (2.2)

轡热力学第二定律的另外表述方式克劳修斯( Clausius,1850)表述:不能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。开尔文( Kelvin,1851)表述:不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功,而不引起其他变化奧斯特瓦德( Ostward)表述:不可能制成第二类永动机。(第二类永动机:从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。) 首页上一页下一页末页

首页上一页下一页末页 10 克劳修斯(Clausius，1850)表述：不能把热从低温物体传到高温物体,而不产生其他影响。开尔文(Kelvin，1851)表述：不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功，而不引起其他变化。奥斯特瓦德(Ostward)表述：不可能制成第二类永动机。(第二类永动机：从单一热源吸热使之完全变为功而不留下任何影响。) 热力学第二定律的另外表述方式*

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