无机及分析化学第二章.pdf

12010-9-12无机及分析化学 第二章1作业作业• P67 3，5，7，13，21，25，30，35第二章 化学反应的一般原理2010-9-12无机及分析化学 第二章3第二章化学反应的一般原理第二章化学反应的一般原理2.1 基本概念和术语2.2 热化学2.3 化学反应的方向2.4 化学平衡及其移动2.5 化学反应速率2.6 化学反应条件的优化学习要点学习要点1、理解反应进度、系统与环境、状态与状态函数概念； 2、掌握掌握掌握掌握热与功的概念和计算，掌握掌握掌握掌握热力学第一定律概念； 3、掌握掌握掌握掌握Qp、U、rHm、rHm、fHm、rSm、rSm、 Sm、rGm、rGm、fGm的概念及有关计算和应用； 掌握掌握掌握掌握标准平衡常数的概念及表达式的书写；掌握掌握掌握掌握彼此的 关系及有关计算； 4、掌握掌握掌握掌握标准平衡常数K的概念及表达式的书写；掌握掌握掌握掌握 rGm与K的关系及有关计算； 5、了解反应速率、基元反应、反应级数的概念；理解活化 分子、活化能、催伦剂的概念；了解影响反应速率的因 素及其应用22010-9-12无机及分析化学 第二章5前言前言 化学反应中常涉及到的两个问题:(1)化学反应 进行的方向、 程度及反应 过程中的能 量变化关系(2)化学反应 进行的快慢 即化学反应 的速率问题可能性现实性化学热力学化学动力学化学热力学初步化学反应平衡化学反应速率2010-9-12无机及分析化学 第二章62.1 基本概念和术语2.1 基本概念和术语1.化学反应进度理解理解2.系统和环境理解理解3.状态和状态函数理解理解4.过程与途径了解了解5.热和功掌握掌握6.热力学能掌握掌握7.热力学第一定律掌握掌握2010-9-12无机及分析化学 第二章71. 化学反应计量方程式化学反应计量方程式对于反应aA + bB = cC + dD其中：Ａ、B Reactant C、D Producta 、b 、 c、d 相关物质的系数，用 I表示一、 化学反应进度2010-9-12无机及分析化学 第二章8反应过程中物质的量是守恒的：—A A —B B = C C + D D因而，对任一已配平的化学反应方程式， 按国家法定计量单位可表示：B B0B规定：反应物反应物的化学计量数为的化学计量数为负负值值，， 生成物生成物的化学计量数为的化学计量数为正正值值。

式中之B不是仅表示B组分，而是通指化学反 应方程式中的反应物或生成物32010-9-12无机及分析化学 第二章9例例： 1/2N2+ 3/2H2= NH3可写成0 = NH31/2N2 3/2H2化学计量数B分别为：(NH3) = 1; (N2)= 1/2; (H2) =  3/2对于反应对于反应N2+ 3H2= 2NH3则则 (NH3) = 2;  (N2)=  1;  (H2) = -3同一反应的不同表述时化学计量数不同同一反应的不同表述时化学计量数不同2010-9-12无机及分析化学 第二章102. 化学反应进度化学反应进度 微分定义式微分定义式为 d =  B 1dnB或dnB=  Bd nB为物质B的物质的量，B是物质B的计量系数化学反应进度化学反应进度([ksai])是表示化学反应进行的程度的一个物理量，单位为mol积分式积分式 =  B 1 nB即 nB=  B (因为通常 0= 0)2010-9-12无机及分析化学 第二章11反应进度反应进度 = 1mol的物理意义是什么的物理意义是什么?是反应进行到 nB=  B时，即单位反应进度。

后面各热力学函数变计算中，都是单位反应进度= 1mol为计量基础的也即当物质B从反应起始的n0(0= 0) nB() 时，反应进度B0BBBnnn2010-9-12无机及分析化学 第二章12对任一化学反应对任一化学反应例 其反应为a A + b B  g G + d D若发生了1mol反应进度的反应，则= A1nA= B1nB= G1nG= D1nD= 1mol 指在每消耗掉 a mol 物质A的同时，也消耗掉b mol 物质B，并生成 g mol 物质G 和 d mol 物质 D42010-9-12无机及分析化学 第二章13注意:1. 反应进度与化学反应计量方程式的写法有关，必须指明具体 的化学反应方程式反应进度与化学反应计量方程式的写法有关，必须指明具体 的化学反应方程式2. 反应进度可选择任一反应物或生成物来表示，值均相同，即反应进度与物质反应进度可选择任一反应物或生成物来表示，值均相同，即反应进度与物质B的选择无关的选择无关2010-9-12无机及分析化学 第二章14例例N2+ 3H2 2NH3当n(NH3) = 1mol时，= n(NH3)/(NH3) = 1mol/2 = 0.5mol，而此时n(N2) = 0.5mol，= n(NH3)/(NH3) = 0.5mol/1 = 0.5mol，同理n(H2) = 1.5，= n(NH3)/(NH3) = 1.5mol/3 = 0.5mol，2010-9-12无机及分析化学 第二章15即在表示反应进度时物质B和B可以不同，但用不同 物种表示的同一反应的不变。

对任一化学反应对任一化学反应 a aA A + + b bB B = = g gG G + + d dD D 有有BBDDGAGAnnnn 一般化处理：一般化处理：2010-9-12无机及分析化学 第二章16例2-1 用浓度c(Cr2O72) = 0.02000molL1的K2Cr2O7 溶液滴定25.00mL c(Fe2+) = 0.1200 molL1 的酸性 FeSO4溶液，其反应式为 6Fe2++Cr2O72 +14H+= 6Fe3+ +2Cr3++7H2O，滴定至终点共消耗25.00mL K2Cr2O7溶液，求滴定至终点的反应进度？解：该反应中n(Fe2+) =0 - c(Fe2+)V(Fe2+) = 0- 0.1200molL125.00mL103LmL1 = - 3.000103mol= (Fe2+)1n (Fe2+) = -(-3.00103）= 5.000104 mol6152010-9-12无机及分析化学 第二章17或 n (Cr2O72) = 0 – c(Cr2O72)V(Cr2O72)= 0 – 0.02000 molL125.00103L= –5.000104mol•= (Cr2O72)1n(Cr2O72)= – 1(– 5.000104) mol= 5.000104mol 显然显然，反应进度与物质B的选择无关，即不管用哪个物质表示反应进度都一样。

即不管用哪个物质表示反应进度都一样但但与化学反 应计量方程式的写法有关2010-9-12无机及分析化学 第二章182.1.2 系统和环境System——热力学中人们所研究的对象； Environment————系统以外与系统密切相关的其它 物质和空间系统的选择 是任意的， 随研究需要 而定2010-9-12无机及分析化学 第二章19系统敞开系统封闭系统隔离系统特征 系统与环境之间有物质和 能量的交换；系统与环境之间可以根据能量与物质的交 换情况，分为三类：系统与环境之间可以根据能量与物质的交 换情况，分为三类：系统与环境之间有能量交换 但无物质交换；也称孤立系统，系统与环境 之间既无物质交换也无能量 交换，是一种理想状态2010-9-12无机及分析化学 第二章202.1.3 状态和状态函数状态和状态函数状态函数具有以下性质： (1)状态一定，状态函数一定；状态变则 状态函数随之改变 (2)状态函数变化只与系统的终始态 有关，而与变化的具体途径无关 如：T = T2T1V = V2V1P V n T均为 状态函数状态：由一系列表征系统性质的宏观物 理量(如p、T、、V等)所确 定下来的系统的存在形式； 状态函数: 藉以确定系统状态的宏观物 理量；理想气体n=1mol p=101.3kPa V=22.4L T=273.15K 62010-9-12无机及分析化学 第二章212.1.4 过程与途径当系统发生一个任意的变化时，我们说系统经历了一个过程，系统状态变化的不同条件,我们称之为不同的途径.三种过程： 恒压过程、恒温过程和恒容过程。

三种过程： 恒压过程、恒温过程和恒容过程恒温过程恒容过程恒压过程恒温过程恒容过程恒压过程2010-9-12无机及分析化学 第二章22系统从始态到终态的变 化过程可以采取不同的方 式，每一种方式就称为一 种途径途径状态函数的变化只取决于 终始态而与途径无关状态函数的变化只取决于 终始态而与途径无关2010-9-12无机及分析化学 第二章232.1.5 功和热功和热热和功是系统状态发生变化时与环境之间的两种 能量交换形式两种 能量交换形式单位均为焦耳或千焦，符号为 J或kJ 1．热．热(heat) 系统与环境之间因存在温度差异而发生的能量交 换形式称为热—Q 2．功．功(work) 系统与环境之间无物质交换时，除热以外的其他 各种能量交换形式统称功—W2010-9-12无机及分析化学 第二章24注注注注意意意意 热热热热Q和和和和功功功功W都不是系统的都不是系统的都不是系统的都不是系统的状态函数状态函数状态函数状态函数, ,与状态变化 的具体途径有关因而不能说系统含多少热或功 如等温过程： Q = 0功体积功( p V)：系统因体积变化与环境产生的功 W =  p V 非体积功(Wf)：除体积功以外的所有其他 功， 也叫有用功。

W总总=  p V+ Wf72010-9-12无机及分析化学 第二章25热力学中对热力学中对W和和Q的符号的规定如下：的符号的规定如下：(1)系统向环境系统向环境吸热吸热，，Q 取正值取正值 (Q  0,系统能量升高)； 系统向环境系统向环境放热，放热，Q 取负值取负值 (Q  0,系统能量下降) (2)环境对系统环境对系统做功做功，，功取正值功取正值 （W>0，系统能量升高） 系统对环境系统对环境做功，功取负值做功，功取负值 （W 0> 0，系统能量升高；   U U 0)全部用于增加系统的焓H(H > 0)；反 之系统放出的热量(Qp 0 系统吸热  H 0的自发反应不符合能量最低 原理， • 仅把反应焓变作普遍判据是不准确的，不全面的 显然，应有其他影响因素其他影响因素存在，引出新概念熵熵2010-9-12无机及分析化学 第二章682.3.2 熵2.3.2 熵 entropy1. 混乱度混乱度() 系统内部质点排列的混乱程度系统内部质点排列的混乱程度自然界的自发过程，系统不仅趋于能量最 低能量最 低，且趋于混乱度最大混乱度最大。

水的三种状态 固态： H2O排列有序，在一定范围内振动； 液态：H2O在给定体积内无序运动； 气态：H2O分子在更大空间运动所以混乱度水气＞水＞冰182010-9-12无机及分析化学 第二章69NH4HCO3 (s)→ CO2(g) + NH3(g) + H2O (g) 该过程中１)物质的种类和“物质的量”增多，２)产生自。