化學反應一般原理第1頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

§2.1基本概念和術(shù)語§2.2熱化學§2.3化學反應的方向

§2.4化學平衡及其移動§2.5化學反應速率目錄第2頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.1基本概念和術(shù)語一、體系和環(huán)境二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)三、過程和途徑四、熱和功五、熱力學能和熱力學第一定律第3頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月一、體系和環(huán)境1、體系與環(huán)境概念體系：研究對象，又稱為系統(tǒng)環(huán)境：體系以外的其他物質(zhì)和空間2、體系分類敞開體系：物質(zhì)交換√，能量交換√封閉（密閉）體系：物質(zhì)交換×，能量交換√孤立（隔離）體系：物質(zhì)交換×，能量交換×第4頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)1、狀態(tài)：由一系列物理量所確定的體系的存在形式2、狀態(tài)函數(shù)：決定狀態(tài)的各種物理量3、狀態(tài)函數(shù)分類廣度性質(zhì)（容量性質(zhì)）狀態(tài)函數(shù)：具加和性，如體積、質(zhì)量、熱力學能、焓等強度性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)：無加和性，如溫度，壓力，密度，粘度等狀態(tài)狀態(tài)函數(shù)決定描述第5頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例：某理想氣體的狀態(tài)如何決定？P,V,n,T注意點：狀態(tài)一定(改變)，狀態(tài)函數(shù)一定(改變)狀態(tài)函數(shù)的變量與狀態(tài)變化的過程無關(guān)，只與體系變化的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)。即只說明系統(tǒng)當時所處的狀態(tài)，而不說明以前的狀態(tài)體系內(nèi)的狀態(tài)函數(shù)之間是相互關(guān)聯(lián)的根據(jù)PV=nRT，由其中三個，可確定另一個第6頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三、過程和途徑1、過程：狀態(tài)的變化，從狀態(tài)1到狀態(tài)22、途徑：完成過程的具體步驟狀態(tài)函數(shù)改變：僅取決于體系始態(tài)和終態(tài)，與途徑無關(guān)

“狀態(tài)一定值一定殊途同歸變化等周而復始變化零”狀態(tài)1狀態(tài)2123第7頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月等溫過程：ΔT=0

等壓過程：ΔP=0

等容過程：ΔV=0T1，P1

T1，P2

T2，P1

T2，P2等溫過程等壓過程等壓過程等溫過程aba途徑：先等溫后等壓b途徑：先等壓后等溫常見的變化過程“狀態(tài)一定值一定殊途同歸變化等周而復始變化零”第8頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月四、熱和功1、熱：由于溫差引起的能量傳遞體系吸熱＋Q，體系放熱－Q2、功：除熱外，其他形式的能量傳遞系統(tǒng)對環(huán)境做功＋W，環(huán)境對系統(tǒng)做功－W

體積功

其他功:如電功注意點：熱和功：體系與環(huán)境交換能量的兩種形式，不是狀態(tài)函數(shù)熱和功的數(shù)值與途徑有關(guān)，但它們的代數(shù)和（內(nèi)能）與途徑無關(guān)第9頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月五、熱力學能(U)1、熱力學能：體系內(nèi)物質(zhì)所具有的各種能量的總和，又叫內(nèi)能，以U表示。注意點：內(nèi)能的絕對值無法測定，但ΔU可測定

內(nèi)能是體系的狀態(tài)函數(shù)，其變化值只取決于體系的始態(tài)和終態(tài)，與變化途徑無關(guān)？是強度性質(zhì)還是容量性質(zhì)（廣度性質(zhì)）？容量性質(zhì)（廣度性質(zhì)）一個狀態(tài)只有一個內(nèi)能，但并不排除不同狀態(tài)可能有相同的內(nèi)能值第10頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2、熱力學第一定律

狀態(tài)1

U1狀態(tài)2

U2吸熱Q做功W熱力學第一定律文字表述：體系熱力學能的改變量等于體系從環(huán)境中吸收的能量減去體系對環(huán)境做的功能量守恒熱力學第一定律數(shù)學表達式：第11頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例：給一封閉體系加熱500J，體系內(nèi)理想氣體膨脹做功，外壓恒為101.325kPa,氣體體積脹大了1.0升，則體系內(nèi)能變化多少？解：已知Q=500JP=101.325kPaV=1.0dm3W=pV=101.325×103×1.0×10-3

=101.325J

則U=Q–W=500–101.325=398.675J第12頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2熱化學

一、等容反應熱、等壓反應熱和焓二、熱化學方程式三、蓋斯定律四、生成焓第13頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月一、等容反應熱、等壓反應熱和焓反應物

產(chǎn)物Q反應熱定義：化學反應在等溫且只做膨脹功時，體系吸收或放出的熱量稱為化學反應熱Qp：等壓熱效應，等溫等壓條件下進行反應的反應熱Qv：等容熱效應，等溫等容條件下進行反應的反應熱第14頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月1、等容反應熱吸熱反應放熱反應注意點：u只取決于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)，所以定容反應熱Qv也取決于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)第15頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2、等壓反應熱H：焓，狀態(tài)函數(shù)第16頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

固液反應:ΔV很小

氣體反應:eE(g)+fF(g)＝gG(g)+rR(g)pV＝p(V產(chǎn)物–V反應物）＝(n產(chǎn)物–n反應物)RT＝nRT3、等壓過程中ΔH與ΔU的關(guān)系第17頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、熱化學方程式1、反應進度ξ注意點：

反應進度ξ：描述和表征化學反應進行程度的物理量，單位為mol，νi:對反應物為負，對產(chǎn)物為正選擇的始態(tài)反應進度不為0，則以反應進度變化ξ來表示第18頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月注意點：

同一方程式中:各物質(zhì)的Δξ相等同一反應，方程式書寫不同:Δξ不等第19頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2、熱化學方程式注意點：方程式后寫反應熱，等壓過程Qp＝H

注明物態(tài)，氣態(tài)（g），液態(tài)（l），固態(tài)（s）

對于溶液中進行的反應，則須注明溶劑的類型和濃度，aq代表水溶液，∞代表無限稀釋。標準狀態(tài)Reaction，反應反應溫度TΔξ=1mol標準焓變第20頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月標準態(tài)：溶液中的溶質(zhì)：濃度1mol/L的理想溶液，以cɡ表示氣體：分壓為標準壓力（pɡ）的理想氣體液體和固體的標準態(tài)：標準壓力（pɡ）下的純液體或純固體溫度可以任意選擇，一般為298.15K第21頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：在298K和100kPa下，1molH2和0.5molO2反應,生成1mol液態(tài)水,放熱286kJ，其熱化學方程式為:例2：NaOH(aq,∞)+HCl(aq,∞)=NaCl(aq,∞)+H2O(l)

第22頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三、蓋斯定律(1)(2)(3)蓋斯定律：化學反應不論是一步完成，還是分步完成其熱效應相同，本質(zhì)為熱力學第一定律第23頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月四、生成焓說明：穩(wěn)定單質(zhì)的標準生成焓為0，標準生成焓可查P441表可由標準生成焓求算反應標準焓變標準狀態(tài)Formation，生成Δξ=1mol生成焓：由元素穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時的熱效應標準生成焓：在標準態(tài)和指定溫度下，由元素穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時的熱效應第24頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月化學反應：第25頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月例：第26頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.3化學反應的方向

一、化學反應的自發(fā)性二、熵——體系的混亂度三、熱力學第二定律四、吉布斯自由能二、標準吉布斯自由能三、G與溫度的關(guān)系第27頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月一、化學反應的自發(fā)性1、自發(fā)過程：不需要外力幫助而自動發(fā)生的變化能量趨于最低，例：放熱反應混亂度增加（低概率狀態(tài)趨向于高概率狀態(tài)，有序趨向于無序狀態(tài)），例：溶解過程能量：高低焓H混亂度：有序無序熵S反應的自發(fā)性2、化學反應自發(fā)性第28頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、熵S—體系的混亂度有關(guān)規(guī)律：同一物質(zhì)：S氣>S液>S固同一聚集態(tài)：S復雜>S簡單結(jié)構(gòu)相似：分子量大的熵大分子量相同：構(gòu)型復雜的熵大1、熵S：描述體系混亂度的狀態(tài)函數(shù)混亂度越大，熵值越大，S與途徑無關(guān)第29頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2、標準摩爾熵：標準態(tài)下1mol物質(zhì)的熵值，單位:J·mol-1·k-1熱力學第三定律：0K時純物質(zhì)完整晶體熵等于0與的不同：：絕對值：相對值如何測？第30頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

化學反應：3、化學反應的標準摩爾熵變

等溫條件：

可逆過程的熱效應4、熵和熱效應的關(guān)系第31頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三、熱力學第二定律1、所有自發(fā)過程熱力學第二定律：（克勞修斯不等式）2、孤立體系

實際中：孤立體系＝敞開(封閉)體系＋環(huán)境S體系+S環(huán)境>0自發(fā)過程S體系+S環(huán)境＝0可逆過程S體系+S環(huán)境<0不能發(fā)生第32頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月四、吉布斯(Gibbs)自由能熱力學第二定律，對于自發(fā)反應:只做體積功，不做其他功的等溫等壓反應：結(jié)論：在等溫等壓反應中，若系統(tǒng)只做體積功，不做其他功，若H-TS≤0，那么該過程可自發(fā)進行。

定義：G，吉布斯自由能，狀態(tài)函數(shù)第33頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月有關(guān)規(guī)律：

H<0,

S>0，G<0

H>0,

S<0，G>0H>0,

S>0，G由T決定，T高對反應有利H<0,

S<0，G由T決定，T低對反應有利自發(fā)不能進行平衡狀態(tài)第34頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月五、標準生成吉布斯自由能：由元素穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時的吉布斯自由能變，單位:kJ.mol-1，是相對值

2、由標準吉布斯自由能求算反應的吉布斯自由能變化對于化學反應：第35頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月六、G與溫度的關(guān)系已知298K時的如何求其他溫度下的？H,S近似的看成不隨溫度而變化第36頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月一、可逆反應和化學平衡二、經(jīng)驗平衡常數(shù)三、標準平衡常數(shù)四、多重平衡規(guī)則五、標準平衡常數(shù)計算六、化學平衡的移動§2.4化學平衡及其移動第37頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月一、可逆反應與化學平衡可逆反應：既能向正方向進行又能向逆方向進行的反應不可逆反應：逆反應較正反應相比很弱可忽略不計第38頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月化學平衡：正逆反應的速率相等，各物質(zhì)的量保持不變開始中間平衡特征：動態(tài)的平衡條件發(fā)生改變，平衡打破將會建立新的平衡第39頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、經(jīng)驗平衡常數(shù)氣體反應：濃度以分壓代替經(jīng)驗平衡常數(shù)第40頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：

KC或Kp在一定溫度下為常數(shù)

a，b，c，d為化學計量數(shù)

KC越大，產(chǎn)物的量越大，反應進行越完全書寫平衡常數(shù)時，不要把純固體純液體和稀溶液中的水的濃度寫進去第41頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三、標準平衡常數(shù)判斷標準態(tài)下的反應判斷非標準態(tài)下的反應與的關(guān)系：第42頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月反應處于平衡時：標準平衡常數(shù)一定溫度下，反應的為定值,∴也為定值第43頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月a:活度可看成是有效濃度1、氣體反應：2、溶液反應：第44頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3、復相反應--反應體系中存在兩個以上的相

無單位，和一般有單位，只有在時，和才沒有單位

與在數(shù)值上一般不等，與在數(shù)值上相等4、標準平衡常數(shù)與經(jīng)驗平衡常數(shù)第45頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月四、多重平衡規(guī)則反應(3)=

反應(1)+

反應(2)反應(4)=反應(1)-反應(2)第46頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月五、標準平衡常數(shù)的計算K由多重平衡規(guī)則求由rG求由定義求第47頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月平衡：一定條件下的平衡壓力濃度溫度等平衡移動：條件改變舊平衡打破，新平衡建立，各物質(zhì)的濃度改變平衡移動的方向：假如改變平衡體系的條件之一，如溫度，壓力或濃度，平衡就向減弱這個改變的方向移動六、化學平衡的移動第48頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

增加H2的濃度或分壓平衡減小NH3的濃度或分壓平衡增加體系總壓力平衡增加體系的溫度平衡第49頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)(2)溫度對平衡及平衡常數(shù)的影響第50頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月一、化學反應速率概念二、化學反應速率方程式三、反應速率理論四、影響化學反應速率的因素§2.5化學反應速率第51頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月1、平均速率的單位：反應速率是隨時間變化的∴平均速率不能反映真實的情況瞬時速率反映某一時刻的真實速率一、化學反應速率的概念第52頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月反應時間間隔無限的?。夯瘜W反應：氣相反應：2、瞬時速率第53頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3、化學反應速率的實驗測定1、首先用物理或化學法測定不同時刻反應物（或生成物）的濃度。2、以濃度為縱坐標，以時間為橫坐標作圖。把各點用曲線連接起來，得到反應物濃度隨時間的變化曲線（c－t）曲線。3、在曲線上任一點作切線，其斜率等于對應時間的瞬時化學反應速率。第54頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月二、化學反應速率方程式1、速率方程

定量表示反應速率和濃度關(guān)系的方程式(2)、對于氣體參加的反應，濃度可以用分壓代替。(1)、有固體和純液體參加的反應，固體和純液體本身為標準態(tài)，即單位濃度，不必列入反應速率方程式。第55頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月2、速率常數(shù)kk大，反應速率快

與溫度（T，k）、反應物本性、溶劑、催化劑等有關(guān)

與濃度無關(guān)第56頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3、反應級數(shù)cA和cB的指數(shù)x、y稱對A、B的分級數(shù)x+y稱為反應的總級數(shù)，簡稱反應級數(shù)(1)、一般來講x和y不是化學計量數(shù)a和b。反應級數(shù)可以是整數(shù)，也可以是0、負數(shù)和分數(shù)。(2)、x+y＝0，1，2，3，分別叫做零級、一級、二級、三級反應。第57頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

研究一個化學反應具體經(jīng)歷了哪些步驟，這些真實步驟的集合即反應機理。分三步完成：（快）（快）（慢，速控步驟）總包反應，非基元反應基元反應：每一步代表真實的反應步驟，也即反應物分子在碰撞總一步直接轉(zhuǎn)化為生成物分子的反應。4、基元和非基元反應第58頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月5、基元反應和質(zhì)量作用定律質(zhì)量作用定律：基元反應的反應速率與反應物濃度以方程式中化學計量數(shù)的絕對值為乘冪的乘積成正比。（1）（3）（2）質(zhì)量作用定律只適用于基元反應，對于基元反應可直接用反應方程式求得該反應的速率方程。第59頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月

保持[A]不變[B]增加一倍，v也增加一倍：y=1[B]增加一倍，v增加四倍：y=2

保持[B]不變[A]增加一倍，v也增加一倍：x=1[A]增加一倍，v增加四倍：x=26、非基元反應的速率方程通過實驗獲得數(shù)據(jù)，計算出反應級數(shù)，從而確定速率方程式。第60頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月三、溫度對反應速率的影響1884年，范德霍夫：溫度升高10度，一般反應速率增加2-4倍。2、阿累尼烏斯方程與溫度有關(guān)(Arrhenius公式)Ea:活化能，A:指前因子，e:自然對數(shù)的底兩邊取對數(shù)1、范德霍夫規(guī)則第61頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月對作圖：得一直線，斜率：，截距：已知k1，k2求Ea或k3作圖求Ea第62頁，課件共70頁，創(chuàng)作于2023年2月3、活化能（Ea）概念活化分子：具有一定能量的分子才能參加反應，這些分子叫活化分子。活化能：活化分子平均能量與所有分子平均能量的差值?；罨蹺a與熱效應的關(guān)系：根據(jù)化學反應微觀可逆性原理：正反應和