2021-3-23大学化学无机原理(4)化学反应的基本原理化学反应的方向和吉布斯函数[通俗易懂]

2021-3-23大学化学无机原理(4)化学反应的基本原理化学反应的方向和吉布斯函数[通俗易懂]一:化学反应的自发性自发反应:在给定条件下能向着一定方向自动进行的反应或过程外界帮助指的是需要太阳光、通电条件的参与,通常情况下的加热、高温这些条件,不算外界帮助。所以,需要加热、高温的反应算是自发的,而需要太阳光(主要是光和反应)、通电等条件的反应是非自发的。自发反应的特征:1反应能否发生自发,与给定的条件有关,比如温度,压强,催化剂等;2自发反应的逆过程是非自发的;自发反应与非自发反应均可能进行,但是非自发反应需要借助外力3不需要环境对系统做功比如电还有太阳光4在一定条件下,自发反应可一直

一:化学反应的自发性

自发反应:在给定条件下能向着一定方向自动进行的反应或过程

外界帮助指的是需要太阳光、通电条件的参与,通常情况下的加热、高温这些条件,不算外界帮助。所以,需要加热、高温的反应算是自发的,而需要太阳光(主要是光和反应)、通电等条件的反应是非自发的。

自发反应的特征:

1反应能否发生自发,与给定的条件有关,比如温度,压强,催化剂等;

2自发反应的逆过程是非自发的;自发反应与非自发反应均可能进行,但是非自发反应需要借助外力

3不需要环境对系统做功比如电还有太阳光

4在一定条件下,自发反应可一直进行到平衡为止,所以自发反应的最大限度就是其平衡状态

二:熵(shāng)
1:
在这里插入图片描述
:2:
混乱度:Ω,表示系统内部的质点排列的混乱程度。
最大混乱度原理:
系统不仅有趋于最低能量的趋势,而且有趋于最大混乱度的趋势。

3:
热力学第二定律:
指出一切涉及热现象的宏观过程是不可逆的。它阐明了在这些过程中能量转换或传递的方向、条件和限度。 隔离系统中,自发反应一定伴随着熵的增加,即隔离系统的熵总是趋于最大值。——熵增加原理

4:
利用熵增加原理我们可以判断隔离系统中发生的过程的方向(不能判断所有,只有部分符合。)
ΔS系统混乱度的增大或下降值

在这里插入图片描述

其中s的绝对值是可以测得的。

5:热力学第三定律:
绝对零度时纯物质完美晶体的熵值为0。
即:S(k,完美晶体)=0

6:标准摩尔生成熵
是状态函数
在这里插入图片描述
标准状态:pθ为100kpa

几个注意点:
在这里插入图片描述

标准摩尔生成熵与熵不是一个东西!!!在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
由于标准摩尔生成熵的增加量不大,一般在计算时可以忽略不计。

在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述也就是说:气态的熵大于液态的熵大于固态的熵
溶液或者混合物的熵大于纯物质的熵;
都是固体:相对分子质量的熵大于相对分子质量小的熵
相对分子量相同:结构复杂的分子的熵大于结构简单的固体的熵

7:热力学理论得出(我也不知道是啥理论)

从热力学理论得出,等温可逆过程中,ΔS = Qr/T
Qr为系统吸收或放出的热量。

对于等温等压或者等温等体积;
等温等压:ΔS=Qp/T
等温等积:ΔS=Qv/T

8:标准摩尔生成熵;
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

也就是先查表,然后乘上计量数,注意计量数的正负号,最后算出结果。

如下:

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
由于标准摩尔生成熵增加,所以他的混乱度也增加。

三:Gibbs函数:
判断一个反应是否为自发,曾经依赖过ΔH,ΔS,认为(ΔH<0)就是自发,ΔS>0就是自发,这两种说法都并不完全对,因为有的方程可以制造他们的矛盾,比如ΔH>0,ΔS>0这样。制造矛盾,因此有了Gibbs函数。
在这里插入图片描述
由于H的绝对值不可测,多用ΔG的公式。

ΔG物理意义
恒温恒压下,系统吉布斯函数的变化,(-ΔG)等于系统所能做的最大非体积功(Wf),即 -ΔG = Wf

四:反应自发性判断:
在这里插入图片描述

温度对反应自发性的影响:
ΔH就是反应吸收或放出的热量。
在这里插入图片描述
也就是温度视为298.15k来查表,但是后面的T不能当做298.15k

由于ΔH,ΔS正负未知所以有以下表格再根据Gibbs函数判断是否能够发生自发反应

在这里插入图片描述
T转意思是,只有大于或者小于这个温度时,他的Gibbs函数才是<0的然后才可以发生自发反应。具体是小于还是大于要根据ΔH,ΔS的正负

Tc = ΔH/ΔS
五:
标准摩尔生成吉布斯函数在这里插入图片描述

六:Gibbs函数的第二种计算方法
第一种是利用与ΔH,ΔS关系公式(在任意温度下)
第二种就是利用查表

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
第一题:自发溶解,混合混乱度增加。
第二题:
标准状态,是在指定温度T和标准压强p下该物质的状态,简称标准态。状态函数中,热力学能U及焓H和吉布斯自由能G等热力学函数的绝对值是无法确定的。为了便于比较不同状态时它们的相对值,规定一个状态作为比较的标准。标准态只规定了压力p,而没有指定温度,所以与温度有关的状态函数的标准状态应注明温度。
根据公式ΔG=ΔH-TΔS就可以得到焓变和熵变。

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