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1、第二章第二章 化学反应的方向、化学反应的方向、速率和限度速率和限度为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 1 1、了了解解标标准准摩摩尔尔熵熵、标标准准摩摩尔尔生生成成吉吉布布斯斯自自由由能能的的概概念念，掌掌握握反反应应的的标标准准摩摩尔尔熵熵变变、标标准准摩摩尔尔吉吉布布斯斯自自由由能能变变的的简简单单计算。计算。2 2、掌掌握握rGm 与与rHm 和和rSm 的的关关系系，学学会会用用rGm 判判断断标准状态下反应进行的方向。标准状态下反应进行的方向。3 3、理理解解反反应应速速率率、基基元元反反应应和和反反应应级级
2、数数的的概概念念及及速速率率方方程程式式的的表表达达，掌掌握握活活化化能能、活活化化分分子子的的概概念念并并能能用用其其说说明明浓浓度度、温度、催化剂对反应速率的影响。温度、催化剂对反应速率的影响。4 4、掌掌握握可可逆逆反反应应与与化化学学平平衡衡的的概概念念、标标准准平平衡衡常常数数和和平平衡衡组组成成的的有有关关计计算算，熟熟悉悉标标准准平平衡衡常常数数和和标标准准吉吉布布斯斯自自由由能能变变的的关系。关系。5 5、熟熟悉悉反反应应商商判判据据和和吕吕查查德德里里原原理理，掌掌握握浓浓度度、压压力力、温温度对化学平衡移动的影响及其有关计算。度对化学平衡移动的影响及其有关计算。本章教学要求
3、本章教学要求为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2.1 2.1 化学反应的方向和吉化学反应的方向和吉布斯自由能变布斯自由能变2.2 2.2 化学反应速率化学反应速率2.3 2.3 化学反应的限度化学反应的限度第二章第二章 化学反应的化学反应的方向、速率和限度方向、速率和限度第一节第一节 化学反应的方向化学反应的方向和吉布斯自由能变和吉布斯自由能变为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例如：例如：水从高处流向低处水从高处流向低处 铁在潮湿的空气中锈蚀铁
4、在潮湿的空气中锈蚀 锌置换硫酸铜溶液反应锌置换硫酸铜溶液反应自发过程自发过程定义：定义：在一定条件下不需外界作功，一经引发在一定条件下不需外界作功，一经引发就能自动进行的过程。就能自动进行的过程。2.1.1 化学反应的自发过程化学反应的自发过程要使非自发过程得以进行要使非自发过程得以进行,外界必须作功。外界必须作功。例如：欲使水从低处输送到高处，可借助水泵例如：欲使水从低处输送到高处，可借助水泵作机械功来实现。作机械功来实现。注意注意 ：能自发进行的反应，并不意味着其反应：能自发进行的反应，并不意味着其反应速率一定很大。速率一定很大。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,
5、贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能一切自发过程的本质特征：一切自发过程的本质特征：(1)自发过程具有不可逆性，即它们只能朝自发过程具有不可逆性，即它们只能朝着某一确定的方向进行。着某一确定的方向进行。(2)自发过程有一限度自发过程有一限度平衡状态。平衡状态。(3)有一定的物理量判断变化的方向和限度。有一定的物理量判断变化的方向和限度。对于化学反应，有无判据来判断它们进对于化学反应，有无判据来判断它们进行的方向与限度呢？行的方向与限度呢？2.1.2 影响化学反应方向的因素自发过程自发过程一般一般都朝着能量降低的方向进行都朝着能量降低的方向进行。能量越低，体系的状态就越稳定。能量越
6、低，体系的状态就越稳定。对化学反应，很多放热反应在对化学反应，很多放热反应在298.15K,298.15K,标标准态下是自发的。准态下是自发的。例如例如:CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)rHm=-890.36 kJmol-1 1.1.化学反应的焓变化学反应的焓变曾试图以反应的焓变曾试图以反应的焓变 (rHm)作为反应自作为反应自发性的判据。发性的判据。认为在等温等压条件下，当认为在等温等压条件下，当 rHm 0时时:化学反应不能自发进行化学反应不能自发进行但实践表明但实践表明:有些吸热过程有些吸热过程(rHm 0)亦能自发进行亦能自发进行。例如例如 1.1.NH4Cl(s
7、)NH4+(aq)+Cl-(aq)rHm=14.7 kJmol-12.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)12 rHm=31.05 kJmol-1 可见，把焓变作为反应自发性的判据是可见，把焓变作为反应自发性的判据是不准确不准确、不全面的不全面的。除了反应焓变以外除了反应焓变以外，还还有其它因素有其它因素(体系混乱度的增加和温度等体系混乱度的增加和温度等),),也是影响许多化学和物理过程自发进行也是影响许多化学和物理过程自发进行的因素。的因素。例如例如 1.1.NH4Cl(s)NH4+(aq)+Cl-(aq)rHm=14.7 kJmol-1为什么有些吸热过程亦能自发进行呢为什么有些吸热过程亦
8、能自发进行呢?NH4Cl晶体中晶体中NH4+和和Cl-的排列是整齐有的排列是整齐有序的序的。NH4C1晶体进入水中后晶体进入水中后，形成水合形成水合离子离子(以以aq表示表示)并在水中扩散。并在水中扩散。在在NH4Cl溶液中溶液中，无论是无论是NH4+(aq)、Cl-(aq)还是水还是水分子，它们的分布情况比分子，它们的分布情况比 NH4C1 溶解前溶解前要混乱得多。要混乱得多。2.Ag2O(s)2Ag(s)+O2(g)12 rHm=31.05 kJmol-1再如再如反反应应前前后后,不不但但物物质质的的种种类类和和“物物质质的的量量”增增多多,并并产产生生了了热热运运动动自自由由度度很很大大
9、的的气气体体,整整个个物物质质体体系系的混乱程度增大。的混乱程度增大。熵熵定义：定义：描述物质混乱度大小的物理量。描述物质混乱度大小的物理量。物质物质(或体系或体系)混乱度越大混乱度越大,对应的熵值越大对应的熵值越大。符号：符号：S。单位单位:J K-1在在0K时时,一个纯物质的完美晶体一个纯物质的完美晶体,其组分粒其组分粒子子(原子原子、分子或离子分子或离子)都处于完全有序的排都处于完全有序的排列状态列状态,混乱度最小混乱度最小,熵值最小。熵值最小。任何纯物质的完美晶体在任何纯物质的完美晶体在0K时的熵值规定时的熵值规定为零为零(S00)。2.化学反应的熵变化学反应的熵变熵的性质：熵的性质：
10、熵是状态函数。熵是状态函数。温度升高温度升高,体系或物质的熵值增大。体系或物质的熵值增大。以此以此,可求得在其它温度下的熵值可求得在其它温度下的熵值(ST)。例如：我们将一种纯晶体物质从例如：我们将一种纯晶体物质从0K升到升到 任一温度任一温度(T),并测量此过程的熵变并测量此过程的熵变 量量(S),则该纯物质在则该纯物质在T T K K时的熵时的熵 S ST-S0 ST-0 ST标准摩尔熵标准摩尔熵定义：某单位物质的量的纯物质在标准态下的定义：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。熵值称为标准摩尔熵。符号：符号：Sm 单位单位：Jmol-1K-1影响熵值的因素影响熵值的因素
11、1.1.温度升高，物质的熵值增大。温度升高，物质的熵值增大。2.2.同一物质在气态的熵值总是大于液态的熵同一物质在气态的熵值总是大于液态的熵值，而后者又大于固态的熵值。值，而后者又大于固态的熵值。N2(g)NO(g)NO2(g)153 210 240 3.3.气态多原子分子的熵值比单原子分子大。气态多原子分子的熵值比单原子分子大。例如：例如：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能5.对对摩摩尔尔质质量量相相同同的的不不同同物物质质而而言言,其其结结构构越越复复杂杂,Sm 越越大大。例例如如乙乙醇醇和和它它的的同同分分异异构
12、构体体二二甲甲醚醚的的Sm 值值分分别别为为283J mol-1 K-1和和267 J mol-1 K-1，这这是是因因为为前前者者的的对对称称性性较较低。低。6.同系物中摩尔质量越大，同系物中摩尔质量越大，Sm 值也越大。例如值也越大。例如 F2(g)Cl2(g)Br2(g)I2(g)203 223 245 2614.对气态物质，压力越高，熵值越小。例如对气态物质，压力越高，熵值越小。例如 298 K 时时 O2 在在 100 kPa 和和 600 kPa 的的 Sm 分分别为别为205 J mol-1 K-1和和190 J mol-1 K-1。7.对于同一温度下的分散体系而言，溶液的熵对于
13、同一温度下的分散体系而言，溶液的熵值总大于纯溶质和纯溶剂的熵值。值总大于纯溶质和纯溶剂的熵值。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能将下列物质按标准摩尔熵值由小到大排列：将下列物质按标准摩尔熵值由小到大排列：LiCl(s)Li(s)Cl2(g)I2(g)Ne(g)熵变熵变(S)因为熵是一种状态函数因为熵是一种状态函数,所以化学反应的标准摩所以化学反应的标准摩尔反应熵变尔反应熵变 (rSm)只取决于反应的始态和终态，只取决于反应的始态和终态，而与变化的途径无关。而与变化的途径无关。rSm i Sm(生成物生成物)+i Sm(
14、反应物反应物)标准摩尔反应熵变标准摩尔反应熵变为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能注意：注意：1)1)气体计量系数增加的反应，熵增；气体计量气体计量系数增加的反应，熵增；气体计量系数减小的反应，熵减；气体计量系数不变系数减小的反应，熵减；气体计量系数不变的反应，熵变值总是很小的。的反应，熵变值总是很小的。2)2)凡涉及气体计量系数变化的反应，压力对熵凡涉及气体计量系数变化的反应，压力对熵变有明显影响，所以压力条件必须强调。变有明显影响，所以压力条件必须强调。3)3)实验证明，无论是反应的摩尔熵实验证明，无论是反应的摩尔熵
15、 变变 还是摩还是摩尔焓尔焓 变变，受反应温度的影响不大，所以，受反应温度的影响不大，所以，实际应用中，在一定温度范围内可忽略温度实际应用中，在一定温度范围内可忽略温度对二者的影响。对二者的影响。rHm(T K)rHm(298.15K)rSm(T K)rSm(298.15K)例例 计算反应计算反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)的的 rSm解：解：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)Sm/(Jmol-1K-1)248.22 205.138 256.76 rSm2Sm(SO3)-2Sm(SO2)+Sm(O2)=2(256.78)-2(248.22)+205.138 Jmol-1K-
16、1=-188.06 Jmol-1K-1注意熵的符号和单位注意熵的符号和单位为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(1)(1)吉布斯自由能的引入背景：吉布斯自由能的引入背景：前已述及，单凭焓变不足以前已述及，单凭焓变不足以判断反应自发进行的方向。例如，下面即为自发进行的判断反应自发进行的方向。例如，下面即为自发进行的吸热反应。吸热反应。熵变是判别反应自发性的一种因素。从熵变角度看这熵变是判别反应自发性的一种因素。从熵变角度看这是熵增过程。但也可列举出体系熵减而变化仍能自发进行是熵增过程。但也可列举出体系熵减而变化仍能自发进行
17、的例证。例如的例证。例如在在 10C10C的液态水会自动结冰变成固态，由的液态水会自动结冰变成固态，由液态变固态是熵减的过程，但它是放热过程，焓变为负值。液态变固态是熵减的过程，但它是放热过程，焓变为负值。因此，只有综合考虑化学反应的焓变和熵变，才能判因此，只有综合考虑化学反应的焓变和熵变，才能判定过程是否自发，因此引出定过程是否自发，因此引出GibbsGibbs自由能的概念。自由能的概念。3.化学反应的吉布斯自由能变：化学反应的吉布斯自由能变：热化学反应方向的判据热化学反应方向的判据 Ba(OH)2 8H2O(s)+2NH4SCN(s)Ba(SCN)2(s)+2NH3(g)+10H2O(l)
18、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 Josiah Willard Gibbs1839-1903,美国物理学家 吉布斯吉布斯吉布斯吉布斯18391839年生于美国的年生于美国的年生于美国的年生于美国的一个书香门第，祖上几代都毕一个书香门第，祖上几代都毕一个书香门第，祖上几代都毕一个书香门第，祖上几代都毕业于哈佛大学。父亲是耶鲁大业于哈佛大学。父亲是耶鲁大业于哈佛大学。父亲是耶鲁大业于哈佛大学。父亲是耶鲁大学的教授，母亲是一位博士的学的教授，母亲是一位博士的学的教授，母亲是一位博士的学的教授，母亲是一位博士的女儿。吉布斯本
19、人于女儿。吉布斯本人于女儿。吉布斯本人于女儿。吉布斯本人于18631863年获年获年获年获得耶鲁大学博士学位，一直担得耶鲁大学博士学位，一直担得耶鲁大学博士学位，一直担得耶鲁大学博士学位，一直担任耶鲁大学的数学物理教授。任耶鲁大学的数学物理教授。任耶鲁大学的数学物理教授。任耶鲁大学的数学物理教授。吉布斯在数学和物理化学方面吉布斯在数学和物理化学方面吉布斯在数学和物理化学方面吉布斯在数学和物理化学方面的造诣极为高深。的造诣极为高深。的造诣极为高深。的造诣极为高深。(2)吉布斯自由能变吉布斯自由能变摩摩尔尔吉吉布布斯斯自自由由能能变变量量(简简称称自自由由能能变变)，以，以 rGm表示，单位：表示
20、，单位：kJmol-1。吉布斯公式吉布斯公式在等温、等压下在等温、等压下,化学反应摩尔吉布斯化学反应摩尔吉布斯自由能变自由能变(rGm)与摩尔反应焓变与摩尔反应焓变(rHm)、摩尔反应熵变摩尔反应熵变(rSm)、温度、温度(T)之间有之间有如下关系如下关系:rGm rHm T rSm为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(3)化学反应方向的判断化学反应方向的判断现在可以用现在可以用 rGm的符号来的符号来判断化学反应的方向：判断化学反应的方向：反应能正向进行反应能正向进行反应达到平衡状态反应达到平衡状态反应不能正向进行反应
21、不能正向进行 应用此不等式判断化学反应方向的条件：应用此不等式判断化学反应方向的条件：恒温、恒压且只做体积功。可记为：恒温、恒压且只做体积功。可记为：为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能例：将固体例：将固体NH4NO3溶于水中溶液变冷，则该过程溶于水中溶液变冷，则该过程的的G,H,S的符号依次是的符号依次是 ()A.+-B.+-C.-+-D.-+各种情各种情况况符号符号反应情况反应情况 rHm rSm rGm1 1-+-任何温度下均为任何温度下均为自发反应自发反应2 2+-+任何温度下均为任何温度下均为非自发反应非自发反
22、应3 3+常温常温(+)+)高温高温(-)(-)常温下为非自发反应常温下为非自发反应高温下为自发反应高温下为自发反应4 4-常温常温(-)(-)高温高温(+)(+)常温下为自发反应常温下为自发反应高温下为非自发反应高温下为非自发反应“高温高温”是指当是指当T 时时rHm rSm rGm rHm-T rSm为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 定义：化学反应中各物质均处于标准状态时的摩尔吉定义：化学反应中各物质均处于标准状态时的摩尔吉布斯自由能变称为标准摩尔吉布斯自由能变。布斯自由能变称为标准摩尔吉布斯自由能变。记为：记为
23、：当温度当温度T=298.15K时时：对任意温度对任意温度T T，由于，由于 随温度变化不随温度变化不明显，可忽略温度对明显，可忽略温度对 的影响。即：的影响。即：若参与化学反应的各物质均处于标准状态，则可用标若参与化学反应的各物质均处于标准状态，则可用标准摩尔吉布斯自由能变准摩尔吉布斯自由能变 来判断反应方向。来判断反应方向。2.1.3 热化学反应方向的判断热化学反应方向的判断1.1.标准摩尔吉布斯自由能变标准摩尔吉布斯自由能变 2.标准摩尔生成吉布斯自由能标准摩尔生成吉布斯自由能fGm定义：标准态下，由定义：标准态下，由最稳定的纯态单质最稳定的纯态单质生成生成单单位物质的量位物质的量的某物
24、质时的吉布斯自由能变。的某物质时的吉布斯自由能变。如如 fGm(石墨石墨)=0、fGm(H2)=0rGm 只只与反应的始态和终态有关，与反应的与反应的始态和终态有关，与反应的具体途径无关。具体途径无关。rGm=ifGm(生成物生成物)+ifGm(反应物反应物)任何任何最稳定的纯态单质最稳定的纯态单质在任何温度下的标准摩尔在任何温度下的标准摩尔生成吉布斯自由能生成吉布斯自由能均为零均为零。rGm(T)=rHm(T)-TrSm(T)rHm(298.15K)-TrSm(298.15K)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能3.2
25、98.15K，标准状态下化学反应吉布，标准状态下化学反应吉布斯自由能变的计算斯自由能变的计算(1)利用标准摩尔生成吉布斯自由能利用标准摩尔生成吉布斯自由能fGm计算计算rGm(298.15 K)ifGm(生成物，生成物，298.15 K)+ifGm(反应物，反应物，298.15 K)rGm(298.15K)0,反应逆过程自发；反应逆过程自发；rGm(298.15K)0 系统处于平衡状态。系统处于平衡状态。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(2)利用吉布斯公式计算利用吉布斯公式计算rGm(298.15K)rHm(298.
26、15K)298.15rSm(298.15K)注意单位：注意单位：kJ mol-1 kJ mol-1 J mol-1 K-1rHm(298.15K)ifHm(生成物，生成物，298.15K)+ifHm(反应物，反应物，298.15K)rSm(298.15K)iSm(生成物，生成物，298.15K)+iSm(反应物，反应物，298.15K)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(3)利用吉布斯自由能状态函数的加和性利用吉布斯自由能状态函数的加和性如果如果 反应反应(1)反应反应(2)反应反应(3)则则 rGm(1)rGm(2)
27、rGm(3)TiO2(s)2Cl2(g)TiCl4(l)O2(g)rG m 173.2 kJmol1C(石墨石墨)O2(g)CO2(g)rG m 393.5 kJmol1TiO2(s)2Cl2(g)C(石墨石墨)TiCl4(l)CO2(g)rG m 220.3 kJmol1为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 3.任意温度下任意温度下rGm的估算的估算标准状态、任意温度下化学反应自发方向的判标准状态、任意温度下化学反应自发方向的判断：断：rGm(T)rHm(T)TrSm(T)若忽略温度对若忽略温度对rHm 和和 rSm
28、的影响，则可的影响，则可得该式的近似式：得该式的近似式：rGm(T)rHm(298.15K)TrSm(298.15K)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能比较比较 指定单质指定单质:fHm=0,fGm=0,Sm 0(绝对值绝对值)单位单位：kJ.mol-1 kJ.mol-1 J.mol-1.K-1与温度的关系与温度的关系：rHm(298.15K)rHm(T)=rHm rSm(298.15K)rSm(T)=S rGm(298.15K)rGm(T)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精
29、神,充分发挥中小学图书室育人功能例例 在石灰窑中煅烧石灰石生产生石灰的反在石灰窑中煅烧石灰石生产生石灰的反应为：应为：查得有关热力学数据如下表所示：查得有关热力学数据如下表所示：CaCOCaCO3 3(s)(s)CaO(s)CaO(s)COCO2 2(g)(g)-12071207-636636-394394-11291129-604604-39439493934040214214 请分别计算请分别计算25 25 和和1000 1000 时该反应的时该反应的 ，说明分解反应能否进行，并计算分解反应，说明分解反应能否进行，并计算分解反应能进行的最低温度能进行的最低温度()()。为深入学习习近平新时
30、代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能解：解：(1)25(1)25 时时 所以在所以在25 25 和标准状态（和标准状态（)时时该分解反应该分解反应不能进行不能进行。(2)1000(2)1000 时，可根据式时，可根据式 计算。计算。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 由于由于 随温度变化不明显，随温度变化不明显，可忽略温度对可忽略温度对 的影响。的影响。所以在所以在1000和标准状态和标准状态()()时该分解反应时该分解反应可以进行可以进行。(3)(3)该反应吸热，
31、升高温度对反应有利。分该反应吸热，升高温度对反应有利。分解反应所需最低温度对应于解反应所需最低温度对应于为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能思考思考:并不是在所有反应中各物质都处于标准态并不是在所有反应中各物质都处于标准态 那么在非标准态的情况下该如何判断那么在非标准态的情况下该如何判断反应方向呢反应方向呢?用用rGm判断判断，其计算公式称为，其计算公式称为化学反化学反应等温方程式应等温方程式4.4.非标准态摩尔吉布斯自由能变非标准态摩尔吉布斯自由能变(rGm)的计算和反应方向的判断的计算和反应方向的判断 等温、等压及非
32、标准态下等温、等压及非标准态下,对任一反应：对任一反应：cC+dD yY+zZ rGm=rGm+RTlnJ J反应商反应商对于气体反应：对于气体反应：p(Y)/p y p(Z)/p z J=p(C)/p c p(D)/p d水溶液中离子反应：水溶液中离子反应：c(Y)/c y c(Z)/c z J=c(C)/c c c(D)/c d纯固态或液态处于标准态，在纯固态或液态处于标准态，在J J 式中不出现式中不出现。非标态时：非标态时：例例MnO2(s)+4H+(aq)+2Cl-(aq)Mn2+(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)rGm=rGm+RTlnJ c(Mn2+)/c p(Cl2)/p
33、=rGm+RTln c(H+)/c 4 c(Cl-)/c 2 rGm=rGm+RTlnJ例例计算计算723K、非标准态下，下列反应的非标准态下，下列反应的rGm，并判断反应自发进行的方向。并判断反应自发进行的方向。2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)分压分压/Pa 1.0104 1.0104 1.0108rHm=2fHm(SO3)-2fHm(SO2)+fHm(O2)=2(-395.72)-2(-296.83)kJmol-1=-197.78 kJmol-1 解：解：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)Sm/(Jmol-1K-1)248.22 205.138 256.76rHm/(kJmo
34、l-1)-296.83 0 -395.72rSm=2Sm(SO3)-2Sm(SO2)+Sm(O2)=2(256.76)-2(248.22)+205.138 Jmol-1K-1=-188.06 Jmol-1K-1 rGm(723K)=rHm(723K)-TrSm(723K)rHm(298K)-TrSm(298 K)rGm(723K)=(-197.7810-3)-723(-188.06)Jmol-1 =-61813 Jmol-1rGm=rGm+RTInJ=(-61813+124590.5)Jmol-1 =62.777 kJmol-1 p(SO3)/p 2 RTlnJ=8.314723InJmol-
35、1 p(SO2)/p 2 p(O2)/p (1.0108)2(1.0105)=8.314723In Jmol-1 (1.0104)2(1.0104)=124590.5 Jmol-1 rGm0，反应自发向左进行反应自发向左进行。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(1)判断反应进行的方向和限度判断反应进行的方向和限度非标准态非标准态 标准态标准态 反应进行的方向和限度反应进行的方向和限度rGm 0 rGm 0 rGm 0 反应正向不自发反应正向不自发rGm 0 rGm 0 系统处于平衡状态系统处于平衡状态5.摩尔吉布斯自由
36、能变的应用摩尔吉布斯自由能变的应用为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能(2)判断物质的稳定性判断物质的稳定性化化合合物物的的标标准准摩摩尔尔生生成成吉吉布布斯斯自自由由能能fGm的负值越大，其稳定性越大。的负值越大，其稳定性越大。化化合合物物的的标标准准摩摩尔尔生生成成吉吉布布斯斯自自由由能能fGm的的负负值值越越小小，甚甚至至为为正正值值的的，其其稳稳定定性越小。性越小。fGm的值与温度有关，注意具体问题的值与温度有关，注意具体问题要具体分析。要具体分析。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻
37、全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能标准状态下，反应达平衡状态标准状态下，反应达平衡状态rGm 0时的温度时的温度-化学反应的转变温度。化学反应的转变温度。T转转rSmrHmrHm 0 0 rSm 0 0 T T转转 反应正向自发反应正向自发rHm 0 0 rSm 0 0 T T转转 反应正向自发反应正向自发(3)估算反应进行的温度估算反应进行的温度-转变温度转变温度rGm(T)rHm(T)TrSm(T)为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 rHm 0 rSm 0 rGm 0 放热熵增，任意温度自发放热熵增，任
38、意温度自发 rHm 0 rSm 0 rGm 0 吸热熵减，任意温度不自发吸热熵减，任意温度不自发 两种情况下均无转变温度两种情况下均无转变温度rGm(T)rHm(T)TrSm(T)2.1.4 使用rGm判据的条件反应体系必须是封闭体系，反应过程中体反应体系必须是封闭体系，反应过程中体系与环境之间不得有物质的交换，如不断系与环境之间不得有物质的交换，如不断加入反应物或取走生成物等。加入反应物或取走生成物等。反应体系必须不作非体积功反应体系必须不作非体积功(或者不受外界或者不受外界如如“场场”的影响的影响)，反之，判据将不适用。，反之，判据将不适用。例如：例如：2NaCl(s)2Na(s)+Cl2
39、(g),rGm 0反应不能自发进行反应不能自发进行,但如果采用电解的方法但如果采用电解的方法(环境对体系作电功环境对体系作电功),),则可使其向右进行。则可使其向右进行。rGm只给出了某温度、压力条件下只给出了某温度、压力条件下(而且而且要求始态各物质温度、压力和终态相等要求始态各物质温度、压力和终态相等)反反应的可能性应的可能性,未必能说明其它温度、压力条未必能说明其它温度、压力条件下反应的可能性。件下反应的可能性。例如：例如：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)298.15K、标准态下标准态下,rGm 0,反应不能自发向右进行。反应不能自发向右进行。rGm 0的反应与反应速率大小是两回
40、事的反应与反应速率大小是两回事。例如：例如：H2(g)+O2(g)H2O(l)rGm(298.15K)=-237.13 kJmol-1 0,Eb,正正 Eb,逆逆放热放热 rHm0,Eb,正正 Eb,逆逆为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能化学反应过程中能量变化曲线化学反应过程中能量变化曲线Ea(逆)(正)(正)Ea(逆)EacEac为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能E()反应物(始态)势能E()生成物(终态)势能正反应的活化能 Ea(正)=Ea
41、c E()逆反应的活化能 Ea(逆)=Eac E()rHm=E()E()=Eac Ea(逆)Eac Ea(正)rHm=Ea(正)Ea(逆)Ea(正)Ea(逆)，rHm 0，为放热反应；Ea(正)Ea(逆)，rHm 0，为吸热反应。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能results：吸吸热热反反应应的的activation energy必必定定大大于于放放热反应的热反应的activation energy;无无论论吸吸热热还还是是放放热热反反应应，都都必必须须越越过过一一个能垒个能垒energy barrier。可见可见,
42、该理论将热力学与动力学理论有该理论将热力学与动力学理论有效的结合起来效的结合起来 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能李远哲李远哲 为为了了表表彰彰李李远远哲哲在在分分子子反反应应动动力力学学研研究究中中的的杰杰出出贡贡献献，1986年年授授予予他他诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖。李李远远哲哲是是继继物物理理学学家家李李政政道道、杨杨振振宁宁和和丁丁肇肇中中之之后后的的又又一一位位获获得得诺诺贝贝尔尔奖奖的的美美籍籍华华裔裔科科学学家家，也也是是第第一一个个获获得得诺诺贝贝尔尔化化学奖的美籍华裔科学家。学奖的美籍华裔科学家。为
43、深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 化学反应会不会因活化分子的化学反应会不会因活化分子的消耗而停止？消耗而停止？具具有有各各动动能能值值分分子子的的分分布布情情况况是是由由温温度度决决定定的的。温温度一定，分布情况就一定。度一定，分布情况就一定。（1）反反应应是是放放热热的的，随随着着反反应应的的进进行行体体系系温温度度可可能能升高，活化分子所占的百分数不但不减小反而增加了。升高，活化分子所占的百分数不但不减小反而增加了。（2）反反应应是是吸吸热热的的，如如果果维维持持体体系系温温度度不不变变，则则活活化化分分子子所所占
44、占的的百百分分数数也也不不变变；如如果果环环境境不不能能供供应应热热量量，体体系系温温度度则则降降低低，活活化化分分子子所所占占的的百百分分数数将将随随之之减减小小。即即便便这这样样，体体系系总总还还存存在在一一个个动动能能分分布布，总总有有一一定定数数量量的活化分子。的活化分子。Solution为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能2.2.3 影响影响化学反应速率的因素化学反应速率的因素 在温度恒定情况下在温度恒定情况下,增加反应物的浓度增加反应物的浓度可以增大反应速率。可以增大反应速率。白磷在纯氧气中和在空气中的燃烧白
45、磷在纯氧气中和在空气中的燃烧1.1.浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响基元反应基元反应：反应物一步就直接转变为产物。反应物一步就直接转变为产物。如：如：2NO2 2NO+O2 NO2+CO NO+CO2非基元反应：反应物经过若干步非基元反应：反应物经过若干步(若干个基元若干个基元反应步骤反应步骤)才转变为产物。才转变为产物。如如2NO+2H2 N2+2H2O 2NO+H2N2+H2O2 慢慢 H2O2+H2 2H2O 快快慢慢反应速率决定了整个反应的速率。反应速率决定了整个反应的速率。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育
46、人功能若某化学反应若某化学反应 a A b B g G h H v k c(A)x c(B)y 对于基元反应对于基元反应 x a；y b对于非基元反应对于非基元反应 x a；y b如果系数如果系数 浓度的幂，不一定是基元反浓度的幂，不一定是基元反应。应。H2+I2(g)2HI v=k c(H2)c(I2)I2(g)2I(g)H2+2I(g)2HI(g)质量作用定律质量作用定律对对基基元元反反应应，在在一一定定温温度度下下，其其反反应应速速率与各反应物浓度幂的乘积成正比。率与各反应物浓度幂的乘积成正比。如：基元反应如：基元反应 aA+bBcC+dDc(A)ac(B)b =kcc(A)ac(B)b
47、(1)为瞬时速率。为瞬时速率。(2)kc为速率常数为速率常数,反应物为单位浓度时的反应速率反应物为单位浓度时的反应速率,kc越大，给定条件下的反应速率越大。越大，给定条件下的反应速率越大。同同一一反反应应，k kc c与与反反应应物物浓浓度度、分分压压无无关关，与与反反应的性质、温度，催化剂等有关。应的性质、温度，催化剂等有关。(3)式中各浓度项的幂次之和式中各浓度项的幂次之和(a+b)为反应级数。为反应级数。质量作用定律只适用质量作用定律只适用基元反应基元反应。反应速率方程反应速率方程为什么？实际上反应分三步进行为什么？实际上反应分三步进行:C2H4Br2+KIC2H4+KBr+I+Br(慢
48、反应慢反应)KI+BrI+KBrKI+2IKI3 反应速率决定了整个反应的速率反应速率决定了整个反应的速率反应：反应：C2H4Br2+3KIC2H4+2KBr+KI3测得测得 =kcc(C2H4Br2)c(KI)而不是而不是 =kcc(C2H4Br2)c(KI)3 复杂反应的速率方程只能通过实验获得！复杂反应的速率方程只能通过实验获得！为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能反应级数反应级数定义：反应物浓度幂的和。定义：反应物浓度幂的和。若某化学反应若某化学反应 a A b B g G h H其速率方程为其速率方程为 v k
49、 c(A)x c(B)y 则反应级数为则反应级数为 n x y 对于化学反应对于化学反应 2 H2 2 NO 2 H2O N2其速率方程为其速率方程为 v k c(H2)c(NO)2该反应是三级反应，或者说反应对该反应是三级反应，或者说反应对H2是是1级，对级，对NO是是2级。级。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能反应级数可以为零，也可以为分数。反应级数可以为零，也可以为分数。例如反应例如反应 Na(s)2 H2O 2 NaOH(aq)H2(g)v k零级反应的反应速率与反应物浓度无关。零级反应的反应速率与反应物浓度无
50、关。H2+Cl2=2 HCl 为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能速率常数速率常数 k 有有单位，与反应级数有关。单位，与反应级数有关。若浓度的单位用若浓度的单位用 ，时间的单位用，时间的单位用s (秒秒)，反应速率的单位用，反应速率的单位用 。零级反应零级反应，x x+y y+=0+=0；k k 的单位为：的单位为：一级反应一级反应一级反应一级反应，x x+y y+=1+=1；k k 的单位为：的单位为：二级反应二级反应，x x+y y+=2+=2；k k 的单位为：的单位为：n 级反应级反应，x x+y y+=+=n