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作业回顾熵(S)微观状态数一个箱子用隔板隔开,左边有熵值S1,右边有熵值S2,整个体系S=S1+S2。化学上的结论。另一方面,左边有一定的微观状态数1,右边有2,总的微观状态数=12。数学上的结论。与体系的n,U,V有关;S是状态函数,与T,V,n有关,所以S=S(n,T,V),U=U(T),故S=S(n,U,V),由此=(n,U,V),S=S(n,U,V)。显然S与有函数关系,是什么关系呢?假定S=f(),显然是对数关系,为什么?因为:S=S1+S2,=12。即S=Aln。经证明A=R/NA=k。从理论上讲计算出,就可以求S(统计热力学的结论与思路),即有:S=kln,k是Boltzmann常数。=1(与绝热Q=0没有关系)如果将“是”改为“等号”,即熵等于体系的混乱程度,这样表达还不够清晰,不过我们可以从=1,0K出发,计算S。摩尔熵计算S的应用这样对于可逆和不可逆反应,有个判别依据,就是熵的增量。但我们这一章的中心内容是判别自发与不自发反应。平衡与可逆联系在一起,自发过程是不可逆的,因此:S可以用来作为反应是否自发的判据,但一般计算比较麻烦,有一种情况很简单,即当Q=0时,S0。这样的过程叫绝热过程。这种过程不常见。另外从理论上可以设计成Q=0的体系,即(体系+环境)组合成一个“大体系”,在大体系中S0。从熵增原理来看,在孤立体系中,S越变越大,变到体系达到平衡,这也是热力学第二定律的一种说法。例试计算石灰石热分解反应的熵变和焓变,并初步分析该反应的自发性。反应的rHm(298.15K)为正值,表明此反应为吸热反应。从体系倾向于取得最低的能量这一因素来看,吸热不利于反应自发进行。在给定条件下能自动进行的反应或过程叫自发反应或自发过程。它们的逆过程都不能自动进行。当借助外力,体系恢复原状后,会给环境留下不可磨灭的影响。自然界中一些自发进行的物理过程中,如物体下落等,都伴有能量的变化,体系的势能降低或损失了。这表明一个体系的势能有自发变小的倾向,或者说体系倾向于取得最低的势能。ΔH能否判别反应的自发性在一定条件下,上述二例都能自发进行。但它们的焓变却不一样,前者为放热反应,而后者则为吸热过程。如果用焓变作为反应能否自发进行的判据,则结论将彼此矛盾,因此,用焓变作为判据行不通。1875年,美国化学家吉布斯(Gibbs)首先提出一个把焓和熵归并在一起的热力学函数—G(现称吉布斯自由能或吉布斯函数),并定义:从自由能的定义看其物理意义是不清晰的,G可以写成:G=H-TS=U+PV-TS显然G是状态函数,那么G如何求?G计算(注意条件)dG或G的应用自由能判据反应自发性的判断(ΔG)熵判据和吉布斯自由能判据的比较如果化学反应在恒温恒压条件下,除体积功外还做非体积功Wf,则吉布斯函数判据就变为(前面已推导):ΔH、ΔS及T对反应自发性的影响大多数反应属于ΔH与ΔS同号的上述③或④两类反应,此时温度对反应的自发性有决定影响,存在一个自发进行的最低或最高温度,称为转变温度Tc(ΔG=0):反应的标准摩尔吉布斯自由能变的计算B的意义rGm(298.15K)=gfGm(G(s),298.15K)+dfGm(D(g),298.15K)-afGm(A(l),298.15K)-bfGm(B(aq),298.15K)rG计算的局限G=Vdp-SdT,但p是不变的,所以G=-SdT,而这样计算往往是比较困难的。所以可以走其他的路线:按定义G=H-TS故G=H-(TS),dG=dH-d(TS)=dH-TdS-SdT恒温下(400K),dT=0,所以dG=dH-TdS,G=H-TSG(400K)=H(400K)-TS(400K)反应压力的影响因反应的焓变或熵变基本不随温度而变,即rH(T)≈rH(298.15K)或rS(T)≈rS(298.15K),可得吉布斯等温方程近似公式:任意状态的rGm计算2A(g)+B(g)=M(g)例试计算石灰石热分解反应的rGm(298.15K)、ΔrGm(1273K)及转变温度Tc,并分析该反应在标准状态时的自发性。=1110.4K反应组分对rGm计算的影响4243例2.4已知空气压力p=101.325kPa,其中所含CO2的体积分数为0.030%,试计算此条件下将潮湿Ag2CO3固体在110℃的烘箱中干燥时热分解反应的摩尔吉布斯函数变。问此条件下Ag2CO3(s)=Ag2O(s)+CO2(g)的热分解反应能否自发进行?有何办法阻止Ag2CO3的热分解?rGm(383K)=rGm(383K)+RTln{p(CO2)/p}=[82.24-383