第九讲 3.2化学反应进行的方向与限度.ppt

第二炮兵工程学院
大学化学课件
503教研室
第九讲
化学反应进行的方向与限度
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上节内容主要讨论热力学第一定律的内容,解决相变和化学反应热效应等能量转化问题。自然界发生的一切过程都遵守热力学第一定律,但许多过程虽然不违背,却不能实现。例如,室内一杯水,温度和室温相等,水自动从环境吸热而使水温上升,环境温度下降,这是不可想象的事,是不可能发生的。然而,这一过程一旦发生,也不违背热力学第一定律,可见,单有热力学第一定律还是不能解决反应(物理的或化学的)过程是否自动发生的问题。本节内容主要讨论在指定的温度、压力和浓度等条件下,在所讨论的体系中,反应过程能否自动发生,最后达到什么限度,这也是热力学第二定律要解决的中心问题。
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热力学第二定律:
研究发现,决定一切热力学过程自发方向的根本原因都是“热—功转换的方向性”,即一定条件下:功可以100%转化为热, 而热不可以100%转化为功。
限于基本要求,不予详细讨论
热力学第二定律的发现,在历史上可分为二个阶段:
通过实践总结出能量减小原理和熵增原理
然后归纳上升为热力学第二定律
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(一)自发过程
一、化学反应的自发性
Water always flows downhill
一定条件下,系统无需借助外力便可自动发生的过程称为自发过程
1)定义
自发过程进行的原因:
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能量最低原理
☆体系在一定条件下总是自发地把能量释放出来,使势能降低——E原理
☆如:水高低,物体高低,电流电势高低
☆一个化学反应, 势能, 即过程(反应物产物)的rH<0
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热传递:高温

低温
温度不一致
温度一致
T2>T1
T
2)自发过程的特点
有明确的方向:
单向地从非平衡态向平衡态方向变化。
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自发过程只要设计合理便可对外做功。
例如下列反应
Cu2++Zn =Cu+Zn2+
设计成原电池,可做电功。
自发过程进行的限度:一定条件下的平衡态
注意:不自发不可能;自发迅速
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过程
判据
限度
热的传递
T2<T1
△T= T2-T1 <0
△T=0
水的流动
h2<h1
△h= h2-h1 <0
△h=0
气体扩散
p2<p1
△p= p2-p1 <0
△p=0
3)自发过程的判据
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☆E原理是否总正确?是否唯一判定反应方向的根据?
☆如:CaCO3(s) == CaO(s) + CO2(g) rHm298 = kJ·mol-1 。
☆在850℃时吸热也能自发进行! [ rHm(1123)rHm(298)= ]
☆违反E原理的过程也自发! Why?
自然界一定存在另一规律:熵增原理
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(二) 熵(entropy)的初步概念
要求:1)明确熵的物理意义
2)了解熵的一些基本性质
3)会计算化学反应的熵变