《工程化学》课程教学资源_第1章 化学反应基本原理（2）反应方向

山东理工大客SHANEONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY第二节、化学反应进行的方向一，化学反应自发性的判断1.自发过程的共同特征自由落体运动，传热：自发过程：方向？铁生锈自发过程中，系统的势能总是降低的可否倒过来？化学反应是原子间的重新组合，组成分子的原子非常小我们不可能用人工的方法将反应物的分子拆开而把这些原子重新组合成产物分子，必须造成一种势，」即反应物的势高，产物的势低，则化学反应自发进行

1.自发过程的共同特征 自由落体运动，传热： 铁生锈 自发过程：方向？ 自发过程中，系统的势能总是降低的 可否倒过来？ 化学反应是原子间的重新组合，组成分子的原子非常小， 我们不可能用人工的方法将反应物的分子拆开而把这些 原子重新组合成产物分子，必须造成一种势，即反应物的 势高，产物的势低，则化学反应自发进行 第二节、化学反应进行的方向 一、化学反应自发性的判断

山东理工大客2.自发过程与变SHANEDONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY放热△.H0如冰融化成水，H2O(s)一→H2O()△rH=44.2kJ.mol-1NaNO3(s)溶于水，NaNO3(s)→Na+(ag)+NO3(ag)NH4CI(s)加热分解成NH3(g)和HCI(g)NH4CI(s) → NH3(g)+HCI(g) △,H=176.4kJ.mol-1)显然，用△,H<0来判断反应自发性是不全面的

2.自发过程与焓变 △rH＜0 放热 法国化学家Berthelot和丹麦化学家Thomson 根据很多实例得出。 但有些吸热反应或过程也能自发进行。 △rH＞0 如冰融化成水，H2O(s)→H2O(l) △rH=44.2kJ.mol-1 NaNO3 (s)溶于水，NaNO3 (s)→Na+ (aq)+NO3 - (aq) NH4Cl(s)加热分解成NH3 (g)和HCl(g) NH4Cl(s) → NH3 (g)+HCl(g) △rH=176.4kJ.mol-1 ) 显然，用△rH＜0 来判断反应自发性是不全面的

山东理工大客SHANEDONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY上面△,H>0的反应或过程之所以能自发进行，有个共同特点是混乱度增加。显然，混乱度增加有利于反应进行。那么，是否只要混乱度增加的反应或过程均能自发进行？也不尽然H,0(g) 降温至<100℃→H20(I)降温至<0℃→H,O(s)常温时:NH3(g)+HCI(g) 一→ NH4CI(s)△H，混乱度和温度均与反应自发性有关

上面△rH＞0的反应或过程之所以能自发进行，有 个共同特点是混乱度增加。显然，混乱度增加有 利于反应进行。 那么，是否只要混乱度增加的反应或过程均 能自发进行？ 也不尽然。 H2O(g) 降温至＜100℃→H2O(l) 降温至＜0℃→ H2O(s) 常温时:NH3 (g)+HCl(g) → NH4Cl(s) △rH，混乱度和温度均与反应自发性有关

自发过程的共同特征：能用来做功（从其他自发现象得到眉发大享ANDONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY100多年前，美国科学家Gibbs证明：在恒温，恒压下，如果在理论或实践上一个反应能被利用来完成有用功，这个反应是自发的，如果由环境提供有用功使其完成，则不自发。而这个有用功，后来证明正式变与变的组合。AG=AH-TAS命名：G=H-TS6一新的状态函数G为吉布斯(Gibbs)自由能，做的有用功为吉布斯自由能变△G。AH=AG+TAS

自发过程的共同特征：能用来做功（从其他自发现象得到启发） 100多年前，美国科学家Gibbs证明: 在恒温，恒压下，如果在理论或实践上一个反应能被利 用来完成有用功，这个反应是自发的，如果由环境提供 有用功使其完成，则不自发。 而这个有用功，后来证明正式焓变与熵变的组合。 △G= △H－T△S 命名： G= H－TS 一新的状态函数 G为吉布斯(Gibbs)自由能，做的有用功为吉布斯自由能 变△G 。 △H = △G ＋T△S

山东理工大窖3.熵变与反应方向SHANEONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY滴S(1)概念：系统中微观粒子运动混乱程度的热力学函数在统计热力学中，把介观微粒的状态数用2表示，则热力学炳（符号S）就有：S=kln2k为玻耳兹曼常数，为 1. 38×10-23 JK-1?为介观微粒的状态数，又称混乱度，?≥1

(1)概念：系统中微观粒子运动混乱程度的热力学函数 在统计热力学中，把介观微粒的状态数用 Ω 表示，则 热力学熵（符号 S ）就有： S = k lnΩ Ω 为介观微粒的状态数，又称混乱度，Ω ≥1。 k 为玻耳兹曼常数，为 1. 38×10–23 J·K–1 。 3.熵变与反应方向 熵S

山东理工大字SHANEONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY表示体系中微观粒子混乱度的一个热力学常数，符号为S.体系的混乱度愈大，熵越大。熵是状态函数，熵的变化只与始态、终态有关，而与途径无关。任何纯净的完整晶态物质在0K时的摘值规定为零S（完整晶体， 0K)=0（热力学第三定律）(a)(b)OK稍大于0K

表示体系中微观粒子混乱度的一个热力学常数，符号为S, 体系的 混乱度愈大，熵越大。熵是状态函数，熵的变化只与始态、终态 有关，而与途径无关。 任何纯净的完整晶态物质在0K时的熵值规定为零 S0（完整晶体，0K) = 0 （热力学第三定律） 0 K 稍大于0 K

山东理工大客(2)影响熵值的因素SHANDONGUNIVERSITYOFTFCHNOLOGY标准摩尔摘：若纯物质完整有序晶体温度发生变化，0K一>TK,则AS= ST- S = ST - 0 = SI某单位物质的量的纯物质在标准态下的熵值称为标准摩尔熵(Sme），其单位为：J·mol-1.K-1。S.（纯净单质，298.15K）≠0标准摩尔摘的一些规律同一物质，298.15K时Sm(s) S m(298.15,l)188.8 J·mol-1·K-169.9 J·mol-1 ·KAS

标准摩尔熵： 若纯物质完整有序晶体温度发生变化，0K→TK,则 S = ST – S0 = ST – 0 = ST 某单位物质的量的纯物质在标准态下的熵值称为标准摩尔熵 （Sm ），其单位为：Jmol-1 K-1 。 标准摩尔熵的一些规律 Sm （纯净单质, 298.15K） 0 ●同一物质，298.15K时 Sm  (s)  Sm  (l)  Sm  (g) H2O: Sm  (298.15, g) > S m  (298.15,l) 188.8 J·mol-1·K-1 69.9 J·mol-1·K- 1 (2)影响熵值的因素

山东理工大客SHANDONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY在绝对零度时，任何纯物质的完美晶体的值为零。Sok=0混乱度越大.值也越大①对同一物质Sm(g)>Sm() >Sm(s)Sm(s) S°m(T)T2> T,高温熵值大S°m(P2) < S°m(P1)P2<P,高压熵值小

⚫在绝对零度时,任何纯物质的完美晶体的熵值为 零。 S0K=0 ⚫混乱度越大,熵值也越大 ①对同一物质 S m(g)＞S m(l) ＞S m(s) S m(s)＜ S m(aq) ②同一状态时 S m(T2 ) ＞ S m(T1 ) T2＞ T1高温熵值大 S m(P2 ) ＜ S m(P1 ) P2 ＜P1高压熵值小

山东理工大客SHANDONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY③S(大分子)>S（小分子)④化学反应中，利用气体体积增加（气体分子数增加）可估计反应中熵值变化2△r, Sme (刀) = △r Sm (298. 15 K)

③ S (大分子)＞ S (小分子) ④化学反应中，利用气体体积增加（气体分子数增 加）可估计反应中熵值变化。 r Smθ (T) ≈ r Smθ (298. 15 K)

山东理工大客(3)反应腐变的计算SHANEONGUNIVERSITYOETFCHNOLOGY标准摩尔炳在绝对零度时，任何完美理想晶体的炳值等于零即S*0K=0。规定 1 mol 物质在标准状态下（100KPa, 298.15K）的熵称标准摩尔摘，用 Sm(B,T)表示，单位为J-mol-1.K-1

（3） 反应熵变的计算 在绝对零度时，任何完美理想晶体的熵值等于零， 即 S * (0 K) = 0 。 规定 1 mol 物质在标准状态下（100KPa, 298.15K） 的熵称标准摩尔熵，用 Sm θ (B, T ) 表示，单位为 Jmol−1 K−1 。 标准摩尔熵