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2.2.1自发过程(Spontaneousprocesses)
自然界中有这样一些过程:
例:水高处→低处
(可推动水轮机做机械功发电:势能→机械能→电能)
热高温物体→低温物体
电高电位→低电位
Zn(s)+CuSO4(aq)→ZnSO4(aq)+Cu(s)
(可设计为丹尼尔原电池,化学能→电能);
“自发过程”的特征
1.有一定方向,不会自发逆转。
“非自发”≠“不可能”:
电解:2H2O(l)=H2(g)+O2(g)
2.有一定限度—即单向地趋向于平衡状态。
;一、自发过程与焓变;高于0℃时,冰可以自发的变为水,但△rHm0
100KPa和1183K时碳酸钙能自发且剧烈的进行
分解。
这些情况不能仅用反应过程的焓变来解释,这
说明在给定条件下判断反应的自发性,除了焓变
这一重要因素外,还有其他因素?
;N2;;说明:
①不注明温度,指298.15K,非此温度需注明;
②最稳定单质在298.15K,△fHm?=0,Sm?≠0;
③规定水合氢离子在298.15K的Sm?=0.
④SmΘ随温度变化不大,故ΔrSmΘ随温度变化不大。;2)熵增加原理:
孤立体系的自发过程是体系熵增加的过程,即:
状态I状态II,SIISI?S=SII-SI0
熵增加原理:孤立体系有自发倾向于混乱度增加的趋势。(热力学第二定律的熵表述);非孤立体系:
上述结论不适用:
-10°C的液态水会自动结冰,尽管是熵减少。因为结冰过程中,体系放热到环境(?H0)。
影响化学反应的方向:
①焓变?H?
②熵?S?;(1)与温度、压强和物态的关系(同一物质)
S(高温)S(低温);S(低压)S(高压);
SmΘ(S)﹤SmΘ(l)﹤SmΘ(g)
(2)同类物质:摩尔质量(M)↗,则SmΘ↗.
F2(g)﹤Cl2(g)﹤Br2(g)﹤I2(g)
(3)摩尔质量相同的物质:
结构复杂程度↗,则SmΘ↗.
CH3CH2OH﹥CH3-O-CH3(后者的对称性好)
;(4)固、液态物质溶于水:△S﹥0(S↗)
气态物质溶于水:△S﹤0(S↘)
(5)化学反应中的熵变规律
①有气体反应物或气体生成物:
△n(g)??0,△S﹥0;
△n(g)﹤0,△S﹤0.
②没有气体参加的反应,反应前后变化不大;4.化学反应标准摩尔熵变(?rSm?);2.2.2吉布斯函数变与反应自发性的判据;(1)以?G为判据;(1)以?G为判据;根据△H和△S符号,把化学反应分为4类:
类型△H△S△G反应自发性反应动力例
1-+恒-任意T,自发焓熵双驱动1
2+-恒+任意T,非自发无驱动力2
3--视低温,自发焓驱动3
T高温,非自发
4++而高温,自发熵驱动4
定低温,非自发;例1H2(g)+F2(g)=2HF(g)(△G=△H-T△S)
△H?=-271kJ·mol-1,△S?=+8J·mol-1·K-1,△G?=-273kJ·mol-1
正反应恒自发,焓
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