05-1 化學(xué)反應(yīng)等溫方程課件

第五章化學(xué)平衡下一頁(yè)基本要求：掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義；掌握用等溫方程判斷化學(xué)反應(yīng)的方向和限度的方法；會(huì)用熱力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)；理解溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響，會(huì)用等壓方程計(jì)算不同溫度下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)；.了解壓力和惰性氣體對(duì)化學(xué)反應(yīng)平衡組成的影響；了解同時(shí)反應(yīng)平衡下一頁(yè)上一頁(yè)需要解決的問題：在一定條件下，反應(yīng)物能否按預(yù)期的反應(yīng)變成產(chǎn)物？如果不能，或者能，但產(chǎn)物量過少，有無辦法可想？在一定條件下，反應(yīng)的極限產(chǎn)率為多少？極限產(chǎn)率怎樣隨條件變化？如何改變條件可得到更大的產(chǎn)率？下一頁(yè)上一頁(yè)解決問題的思路：化學(xué)平衡是研究化學(xué)反應(yīng)方向和限度的關(guān)鍵.本章討論應(yīng)用熱力學(xué)第二定律的平衡條件來處理化學(xué)平衡問題。將用熱力學(xué)方法推導(dǎo)化學(xué)平衡時(shí)溫度、壓力、組成間的關(guān)系，并計(jì)算平衡組成。將通過熱力學(xué)計(jì)算討論溫度、壓力、組成等條件如何影響平衡。下一頁(yè)上一頁(yè)§5-1化學(xué)反應(yīng)的等溫方程下一頁(yè)上一頁(yè)1.摩爾反應(yīng)的Gibbs函數(shù)變與化學(xué)反應(yīng)的親和勢(shì)化學(xué)反應(yīng)的Gibbs函數(shù)變:化學(xué)反應(yīng)的親和勢(shì):(恒溫恒壓,W’=0)下一頁(yè)上一頁(yè)2.化學(xué)反應(yīng)的平衡條件G下一頁(yè)上一頁(yè)3.化學(xué)反應(yīng)的等溫方程理想氣體反應(yīng):下一頁(yè)上一頁(yè)化學(xué)反應(yīng)的等溫方程平衡時(shí):化學(xué)反應(yīng)等溫方程另一形式下一頁(yè)上一頁(yè)正向進(jìn)行平衡正向不能進(jìn)行,逆向進(jìn)行恒溫恒壓,W’=0:下一頁(yè)上一頁(yè)§5-2理想氣體化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)下一頁(yè)上一頁(yè)1.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ:無量綱量,T一定時(shí)為常數(shù),其數(shù)值與計(jì)量式寫法有關(guān)當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)：(理想氣體)下一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)

若參加反應(yīng)的各組分不處于同一相,則屬于多相化學(xué)反應(yīng)，常壓下壓力對(duì)凝聚態(tài)的影響可忽略不計(jì)。2.有純凝聚相參加的理想氣體反應(yīng)下一頁(yè)上一頁(yè)一定溫度下CaCO3(s)分解反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),p(CO2,g)壓力為定值下一頁(yè)上一頁(yè)分解壓—一定溫度下分解反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),氣體的壓力.

對(duì)于純凝聚相與理想氣體間的化學(xué)反應(yīng),其Kθ的表達(dá)式中,只保留各氣體的分壓分解溫度—分解壓為101.325kPa時(shí)的溫度.下一頁(yè)上一頁(yè)例:700℃時(shí),反應(yīng):Fe(s)+H2O(g)=FeO(s)+H2(g)的Kθ=2.35(1)如果用總壓為101.325kPa的等物質(zhì)的量的H2O(g)和H2(g)的混合氣體處理FeO(s),能否將其還原為Fe(s)?(2)如果H2O(g)和H2(g)的混合氣總壓仍為101.325kPa,欲使FeO(s)不能被還原,H2O(g)的分壓最小應(yīng)為多少?解：(1)<Kθ下一頁(yè)上一頁(yè)∴不能將FeO(s)還原為Fe(s)下一頁(yè)上一頁(yè)3.標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)Gibbs函數(shù)變的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成Gibbs函數(shù)變：

由標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol同溫、標(biāo)準(zhǔn)壓力下指定相態(tài)的化合物的Gibbs函數(shù)變。下一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)∵（3）=（1）-（2）下一頁(yè)上一頁(yè)※在判斷反應(yīng)的方向與限度時(shí)，應(yīng)注意ΔrGm與ΔrGmθ的區(qū)別。

一般不能用ΔrGmθ來判斷過程的方向，但在ΔrGmθ的絕對(duì)值很大(通常|ΔrGmθ|＞40kJ·mol-1)時(shí)ΔrGmθ的符號(hào)基本決定了ΔrGm的符號(hào)。例：298K時(shí)Zn(s)+1/2O2=ZnO(s)ΔGθ=－318.2kJ·mol-1。

欲使此反應(yīng)不能自動(dòng)向右進(jìn)行，Jp必須大于5.6×1055，即p(O2)<3.2×10-110kPa。下一頁(yè)上一頁(yè)例:已知理想氣體反應(yīng)A(g)+B(g)=D(g)在300K時(shí)試求:(1)400K、總壓為300kPa時(shí),D(g)的離解度；

(2)400K、200kPa下,將1molA(g)和2molB(g)混合反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),B(g)的分壓。下一頁(yè)上一頁(yè)2.判斷系統(tǒng)是否已達(dá)平衡的方法:

(1)條件不變,無論時(shí)間多長(zhǎng),反應(yīng)的各參加物濃度不變；

(2)一定溫度下,由正向或逆向反應(yīng)的平衡組成所算得的Kθ應(yīng)一致；

(3)任意改變各物質(zhì)初濃度,達(dá)平衡后所得Kθ

相同.4.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定1.測(cè)定平衡常數(shù)的方法有:(1)物理方法:一般不會(huì)影響平衡，如測(cè)折射率、電導(dǎo)、氣體體積、光吸收等；(2)化學(xué)方法:常采用降溫、移走催化劑、加入溶劑沖淡等方法中止反應(yīng)。下一頁(yè)上一頁(yè)轉(zhuǎn)化率：產(chǎn)率：5.平衡組成的計(jì)算轉(zhuǎn)化為指定產(chǎn)物的某反應(yīng)物占原始反應(yīng)物的分?jǐn)?shù)。轉(zhuǎn)化掉的某反應(yīng)物占原始反應(yīng)物的分?jǐn)?shù)。術(shù)語：下一頁(yè)上一頁(yè)例：

AB開始10平衡0.50.5例：

ABCABC開始100平衡0.50.30.2轉(zhuǎn)化率＝0.5產(chǎn)率:B→0.3C→0.2轉(zhuǎn)化率＝產(chǎn)率＝0.5下一頁(yè)上一頁(yè)6.理想氣體反應(yīng)的Kθ,Kp,Kc,Ky及Kn對(duì)于化學(xué)反應(yīng):

dD+eE=gG+rR下一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)注意：上述各K中只有Kθ

、Kp、KC在Ｔ一定時(shí)為常數(shù)下一頁(yè)上一頁(yè)例:在298.15K、P下,反應(yīng)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)的數(shù)據(jù)如下:COH2OCO2H2

/kJ·mol-1-110.52-241.83-393.51/J·K-1·mol-1197.90188.70213.60130.60Cp.m/J