因而增加了与金属.ppt
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对任一个化学反应,其稳定性可由反应的平衡常数来判断。如果平衡常数K值很小,则反应只要生成极少量产物就达到了平衡态(此时反应物和产物的量不再变化),反应物的量接近于原始量,此时,我们认为该反应物是稳定的。反之,K值很大,达到平衡时,反应物几乎完全转变成了产物,那么反应物当然是不稳定的。平衡常数K与反应的标准自由焓变化△rGmθ有如下关系式:△rGmθ=-RTlnK因此,△rGmθ的大的正值,意味着非常小的平衡常数,对于产物的生成来说,反应物是热力学稳定的,因为达到平衡时,仅有非常少量的产物生成。相反,△rGmθ大的负值意味着大的平衡常数,这样一来,必须消耗相当量的反应物去生成产物才能达到平衡,所以反应物是不稳定的。若△Gθ=0,K=1,意味着体系处于一种特定的状态,反应物和产物的量都不再随时间而改变。一个反应的△rGmθ可通过以下关系式求得。已知△rHmθ和△rSmθ,△rGmθ=△rHmθ-T△rSmθ已知各物种的△fGmθ,△rGmθ=∑nj△fGmθ(产)-∑ni△fGmθ(反)已知标准电动势,△rGmθ=-nFEθ可见用△rGmθ*来判断一个反应体系的稳定性与用K来判断是一回事。严格地说必须用△G来进行判断,原因是△rGmθ所指的反应物和生成物都处于标准态,或虽不是标准态,但反应熵Q=1这样的特定条件下的自由焓变化值,而在实际情况是,反应物和产物都未必都是处于这种状态。但是根据等温式△rGm=△rGmθ+RTlnQ,如果△rGmθ的绝对值十分大,则△rGmθ的正负号就基本上决定了△rGm的符号。即,若△rGmθ的负值很大,一般情况下,△rGm大致也是负值,要使△rGm改变符号就必须使Q变得很大,这在实际上有时是难以办到的。如在298K时,反应Zn(s)+1/2O2(g)=ZnO(s)同理,如果△rGmθ的正值很大,也很难通过改变Q的数值使△rGm的符号与△rGmθ相反。因此,当△rGmθ的绝对值很大时,可以用△rGmθ的值来判断反应的方向。要衡量体系是否是热力学稳定体系,需从反应物和生成物之间的能量差去考虑,若产物的能量低于反应物的能量,则反应物在热力学上为不稳定的(图1-1A到C)。反之若产物的能量高于反应物的能量,则反应物在热力学上是稳定的(图1-1A到B)。动力学稳定性是指在热力学上它是不稳定的,只是反应速率很慢,慢到不能觉察,根据阿伦尼乌斯公式,慢的反应速率意味着大的活化能:k=Ae-Ea/RT动力学稳定性是从反应物与活化配合物之间的能量差,即反应活化能来考虑的,若某一反应物转变为产物的趋势很大,反应物在热力学上相当不稳定,但若实现这一反应所需的活化能也相当大的话,则在动力学上反应物又是相当稳定的了。一般地,关于物质的稳定性,不外乎其本身是否容易分解,该物质能否与环境中的某物种发生化学反应。所以在讨论物质的稳定性时,首先要列出该物质的所有可能的分解反应。如分解成单质、分解成简单化合物、化合物的歧化;其次还要考虑该物质是否能与大气中常见组分发生化学变化。最后,由各物质的标准生成自由焓算出一切可能的化学反应的自由焓变。如果所有的可能反应的△G>0,就说该物质是稳定的;如果有一个或多于1个反应的△G<0,即该物质对该反应是自发的,因而该物质是不稳定的。如:讨论H2S的稳定性。先查出它的△fGmθ=-34kJ·mol-1即H2S(g)=H2(g)+S(s)△rGmθ=34kJ·mol-1说明H2S对于分解成单质来说是稳定的。此处的标准生成自由焓,常常可以用来作为无机物相对于单质的稳定性量度。如果△fGmθ<0,意味着由指定单质生成该物种能量降低,生成反应是自发的,其逆反应的△Gθ>0,即分解为单质是非自发的。这样,△fGmθ负值越大,化合物对于分解成单质稳定性就越大。不过在上述讨论中都是指的标准状态,然而①由于大气中的H2很少,其分压远小于1.01325×105Pa,且△Gθ的绝对值小于40,意指可以通过改变Q值而达到改变反应方向。事实上,空气中H2的实际浓度为0.01%(V),计算得到的△rGm≈21kJ·mol-1,说明H2S在大气中对分解为单质是稳定的。②考虑H2S能与大气中的O2反应H2S+1/2O2=H2O+S△Gθ=-203.62<<-40kJ·mol-1所以对H2S的稳定性的描述可以是这样:H2S在常温下大气中对于分解为单质是稳定的,但它能同氧发生反应,所以H2S在大气中对氧化反应是不稳定的。二吉布斯自由能变化与金属的还原由表中数据可见:位于前方的多为强正电性的金属,它们的氧化物具有较大的生成焓负值,最为稳定;位于后面的元素的氧化物的生成焓负值不断减少,其稳定性减小,Cl2O、NO等氧化物的生成焓已为正值,更不稳定。实际上,后面的几个元素已成为负电性较大