天津工业大学：《生物无机化学》课程教学资源（PPT课件）第4章 化学反应的方向、速率和限度

@ 严谨严格 第4章 求实求是 化学反应的方向、速率和限度 天津工常大学

第4章 化学反应的方向、速率和限度

@ 严谨严格 本章主要内容 4.1化学反应进行的方向 求实求是 4.2化学反应速率 4.3化学反应进行的限度 天津掌火

本章主要内容 4.1 化学反应进行的方向 4.2 化学反应速率 4.3 化学反应进行的限度

4.1化学反应进行的方向 4.1.1化学反应的自发过程及其特点 严 水：高处低处 反向不会自动进行 电流：高电位→低电位 求 自发过程：在一定条件下，不需外力作用就能自 动进行的过程。 是 冰在室温下融化 铁器在潮湿的空气中生锈 自发过程 混合 CH4 +O2 燃烧>C02↑+H,0 天津掌大学

4.1.1 化学反应的自发过程及其特点 水： 反向不会自动进行 电流： 高处 低处 高电位 低电位 自发过程：在一定条件下，不需外力作用就能自 动进行的过程。 冰在室温下融化 铁器在潮湿的空气中生锈 CH4 + O2 CO2 ↑+ H2O 混合 燃烧 自发过程 4.1 化学反应进行的方向

严 自发过程的特点： ◆单向性一自发过程都是不可逆过程 格 (热力学第二定律的经验表达) ◆具有做功的能力一不需环境对系统做 功就能自动进行 实求是 (始态具有对外做功的本领) ◆有一定限度 方向 低（始态平衡 终态) 天津素大学

自发过程的特点： ◆单向性 ◆具有做功的能力 ◆有一定限度 ——自发过程都是不可逆过程 （热力学第二定律的经验表达） ——不需环境对系统做 功就能自动进行 （始态具有对外做功的本领） E系 低 方向 (始态 终态) 平衡

4.1.2影响化学反应方向的因素 严 1.化学反应的焓变与反应方向 严 考察能自发进行的过程，发现： 格 系统→E低，过程进行时，有热量放出； 求 如100kPa25℃： C(S)+02(g)=C02(g) H°=-393.5 kJmol-1 求 是 Zn(s)+2H(aq)=Zn2+(aq)+H2(g) △H°=-153.9 kJ.mol-1 有人试图以△H为反应自发性的判据。 △H0,非自发 天津素大学

4.1.2 影响化学反应方向的因素 1. 化学反应的焓变与反应方向 考察能自发进行的过程，发现： 如100kPa 25℃ ： 系统 → E低，过程进行时，有热量放出； C(s) + O2 (g) = CO2 (g) 在dT = dp = 0时 H＜0，自发 H＞0，非自发 有人试图以H 为反应自发性的判据。 Zn(s) + 2H+ (aq) = Zn2+(aq) + H2 (g) = -393.5 kJ·mol H -1 = -153.9 kJ·mol H -1

反应过程放热越多，物质间的反应越可能自发进行。 严 后来发现： 严 冰 室温 水 △H>0, 自发 水 △H KCI →溶解 △H>0， 自发 求 CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) 实 100kPa: 室温下，非自发，△H>0 T升高到839℃时，自发，△H>0 是 说明△H不能作为反应自发性的一般标准 研究发现： 最低的能量状态 系统倾向于取得 最大的混乱度 天津工常大学

H 反应过程放热越多，物质间的反应越可能自发进行。 CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g) 100kPa： 说明H不能作为反应自发性的一般标准 室温下，非自发， T升高到839℃时，自发， 后来发现： 冰 室 温 水 KCl 水 溶解 H＞0 H＞0 H＞0， 自发 H＞0， 自发 研究发现 ： 系统倾向于取得 最大的混乱度 最低的能量状态

2.化学反应的熵变与反应方向 反应或过程 物理和化学 混乱度 严 自发过程方向 增大 自发进行另 格 一重要因素 CaCO3(s)→ CaO(s)+CO2(g) 100kPa、839℃时，自发原因： 求是 系统的混乱度增大了→是反应自发的推动力 系统混乱状态的程度 混乱度 熵(S)一描述（物质）系统混乱度大小的物理量 (是状态函数) 混乱度→大，熵值一→大 天津工掌大学

2. 化学反应的熵变与反应方向 CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g) 100kPa、 839℃时，自发原因： 系统的混乱度增大了 系统混乱状态的程度 混乱度 是反应自发的推动力 描述(物质)系统混乱度大小的物理量 （是状态函数） 混乱度 → 大， 熵值 → 大 熵（S） 物理和化学 自发过程方向 混乱度 增大 反应或过程 自发进行另 一重要因素

严 标准（摩尔）熵 在标准状态下，1mol物质的规 定熵值。 严 用S表示，单位J.K-1.mol1。 注意 求 ①0K,纯物质的完美晶体（理想晶体）的熵值为零 实 求 ②其他温度下的熵值—规定熵 是 ③稳定单质的标准（摩尔）熵不为零 Ht(aq的标准熵值规定为零 ④常用的热力学数据：温度为298.15K 天津工常大学

④常用的热力学数据： 标准(摩尔)熵 在标准状态下，1mol物质的规 定熵值。 ①0K，纯物质的完美晶体(理想晶体)的熵值为零 ②其他温度下的熵值——规定熵 ③稳定单质的标准(摩尔)熵不为零 用Sm 表示，单位J·K-1·mol-1 。 H+ (aq)的标准熵值规定为零 温度为298.15K 注意

严 标准摩尔熵值变化规律： 严 (1)同一物质：SR(g)>SR)>Ss) 格 (2)同类物质：S9M大)>SmM) 求 S(12.g)>Sm(Br2.g)>Sm(CI2.g)>Sr(F2.g) 实 原子、电子数越多，微观状态数目也越多 混乱度越大，熵值就越大。 是 (3)M相同的不同物质，结构越复杂，熵值越大。 S(CH:CH2OH)>S(CH:OCH3) 天津工案大学

标准摩尔熵值变化规律： (1) 同一物质：Sm(g) ＞ Sm(l) ＞ Sm(s) (2) 同类物质： Sm(I2 ,g)＞Sm(Br2 ,g)＞Sm(Cl2 ,g)＞Sm(F2 ,g) Sm(M大)＞Sm(M小) 原子、电子数越多，微观状态数目也越多， 混乱度越大，熵值就越大。 (3) M相同的不同物质，结构越复杂，熵值越大。 Sm(CH3CH2OH)＞Sm(CH3OCH3 )

(4)同一种物质，温度升高，S值增大： 严 T个，动能增加，微粒运动的自由程度增加， 谨 严 熵值相应增大。 格 (⑤)同一气体，压力越大，S值越小； 压力越大，微粒运动自由程度越小，熵值就越小。 求 实 计算化学反应的标准熵变公式： 求 298.15K时，任一反应： 是 aA+bB=gG+dD △Sa=[gsm(G)+dSa(D】-[aSR(A)+bSa(B)] 或表示为： △S=∑ySm生成物)+∑y:Sm(反应物) 天津工常大学

(4) 同一种物质，温度升高，Sm值增大； T↑，动能增加，微粒运动的自由程度增加， 熵值相应增大。 (5) 同一气体，压力越大，Sm值越小； 压力越大，微粒运动自由程度越小，熵值就越小。 计算化学反应的标准熵变公式： Sm = ∑νiSm (生成物) + ∑νi Sm (反应物) 298.15K时，任一反应： aA + bB = gG + dD Sm = [gSm(G) + d Sm(D)] -[a Sm(A) + b Sm(B)] 或表示为 ：