第3章化学反应的方向、速率和限度

第3章化学反应的方向、速率和限度内容摘要：

: ①逆过程 G与正过程的 G数值相等，符号相反。 ②如果一个反应是多个反应的和，总反应的 rG 等于各反应 G之总和。 二、判 断一个反应进行的方向时，如果： rG0反应自发进行 rG0反应不自发进行 rG=0平衡状态 当 rG0时 (产物的 G反应物的 G)该反应就自动向生成产物的方向进行，在反应中反应物不断减小而产物不断增加， G为广度性质，当 G反应物 =G产物 即 rG=0时反应就不再朝一个方向进行了，这就是化学反应的限度，即化学平衡。 对于一个化学反应都有一个标准自由能变化值。 如： aA+bBdD+eE rG =dfG D+efG EafG AbfG B 例：求反应 4NH3(g)+5O2(g)===4NO(g)+6H2O(l) 的 rG ，并指出反应是否是自发的。 解：查表得 H2O的 fG =237kJmol1 NO的 fG =mol1 NH3的 fG =mol1 O2的 fG =0kJmol1 rG =4 ()+6 (237)4 () =(kJmol1) 吉布斯自由能是状态函数， rG只决定于始态和终态。 而与过程无关，和焓一样，同样适用于盖斯定律。 当温度发生变化时 rH和 rS变化不很大，而 rG则变化较大。 如果反应物或产物不处在标准状态下 rG的数值也与 rG 不同。 如： CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) T(K) 298 673 1073 1273 rG (105Pa) +130 +71 +7 25 rG(103Pa) +119 +50 35 75 可看出在非标准状态下， CaCO3可能在较低温度下分解。 每一个过程都有其特定的 G、 H、 S。 而对于化学反应来说， rG决定化学反应自发进行的方向； rH是化学反应时能量的变化； rS是化学反应时混乱度的变化。 它们之间有什么联系。 吉布斯－亥姆霍兹二人各自独立地证明了它们之间有如下关系： G=HTS 因 H和 S随温度的变化它们变化较小，在无机化学中可做近似处理。 即 rG(T)=rH(298K)TrS(298K) 如在标准状态下： rG (T)=rH (298K)TrS (298K) ３ .２ .４ 化学反应限度的判据 由上面的 rG (T)=rH (298K)TrS (298K)公式可得下列结果： 类型 H S G 反应的自发性 1 2 3 4 + + + + 永远是 永远是 + 受温度影响 受温度影响 永远自发 永远非自发 温度低时自发 温度高时自发 例：求标准状态下 CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)的分解温度 ? rH (298K)=mol1 rS (298K)=K1mol1 解 :由公式 rG (T)=rH (298K)TrS (298K) 当 rG (T)0时，分解反应即可发生。 即： rH (298K)TrS (298K)0 rH (298K)TrS (298K) T1112K 答：温度大于 1112K石灰石将分解。 ３ .３ 化学反应速率 ３ .３ .１ 化学反应速率的概念 一、反应速率的概念 １ . 化学反应速度 用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示的 :单位用 molL1s molL1min molL1h 1。 如 :某给定温度下 ,在密闭容器中氮气与氢气反应生成氨 ,各物质变化浓度如下 : N2 + 3H2  2NH3 起始 (mol/L) 0 3秒后浓度 (mol/L) 计算该反应速度。 (反应速度为正值 ) 解 : )sL( m 3)( 112Nv且存在着 : )sL( m 3)( 112Hv)sL( m 3)( 113NHv322。