(高等教育)大學(xué)物理第四章課件

1、第四章 化學(xué)平衡4.1 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度4.2 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化4.3 平衡常數(shù)的各種表示法4.4 平衡常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定4.5 溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響4.6 其它因素對(duì)化學(xué)平衡的影響第1頁，共34頁。 4.1 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度所有的化學(xué)反應(yīng)既可以正向進(jìn)行亦可以逆向進(jìn)行單向反應(yīng)：逆向反應(yīng)程度很小，以致可以略去 2H2+O2 2H2O 對(duì)峙反應(yīng)：正向進(jìn)行和逆向進(jìn)行均有一定的程度的反應(yīng) H2+I2 2HI 對(duì)峙反應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間后均會(huì)達(dá)到平衡，此時(shí)反應(yīng)進(jìn)度達(dá)到極限值，以 表示，這就是反應(yīng)的限度。一、化學(xué)反應(yīng)的限度第2頁，共34頁。二、化學(xué)平衡的條件化學(xué)反應(yīng)的方向和限度原模型：無混合，反應(yīng)

2、會(huì)進(jìn)行到底 A (g) B (g)反應(yīng)開始時(shí)：t=0 1 0 mol反應(yīng)進(jìn)度為: t=t 1- mol第3頁，共34頁。（*：純態(tài)）圖4.1 反應(yīng)系統(tǒng)吉布斯自由能變化示意圖G化學(xué)反應(yīng)的方向和限度01第4頁，共34頁?；瘜W(xué)反應(yīng)的方向和限度大多數(shù)實(shí)際反應(yīng)：有混合，反應(yīng)不進(jìn)行完全，而留下部分反應(yīng)物 參與混合過程。GG*, G必然在某值時(shí)有一最小值在一定溫度和壓力下，總吉布斯自由能最低的狀態(tài)就是反應(yīng)系統(tǒng)的平衡態(tài)，此時(shí)的反應(yīng)進(jìn)度為 。 必然在0和1之間，所以反應(yīng)只能進(jìn)行到一定程度，而不能進(jìn)行到底。第5頁，共34頁。對(duì)任意化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)：化學(xué)反應(yīng)的方向和限度第6頁，共34頁。三、平衡常數(shù)的導(dǎo)出對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)的

3、任意狀態(tài)：若eq化學(xué)反應(yīng)的方向和限度第7頁，共34頁?；瘜W(xué)反應(yīng)的方向和限度第8頁，共34頁。四、化學(xué)反應(yīng)的方向?qū)Ψ磻?yīng)系統(tǒng)的任意狀態(tài)：反應(yīng)的活度積反應(yīng)方向的判斷：向右自發(fā)平衡向左自發(fā)化學(xué)反應(yīng)等溫式 Vant Hoff 方程化學(xué)反應(yīng)的方向和限度第9頁，共34頁。 4.2 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs函數(shù)變化一、化學(xué)反應(yīng)的 和區(qū)別2. 不是常數(shù)，它與活度積有關(guān)。在指定溫度下是常數(shù)。1. 是任意反應(yīng)系統(tǒng)的摩爾Gibbs函數(shù)變3. 可以判斷化學(xué)反應(yīng)的方向。只能估計(jì)反應(yīng)的方向。是任意反應(yīng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾Gibbs函數(shù)變第10頁，共34頁。 反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)生成Gibbs函數(shù)變 在溫度T時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物和生成物都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，發(fā)

4、生反應(yīng)進(jìn)度為1 mol的化學(xué)反應(yīng)Gibbs自由能的變化值，稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)吉布斯自由能變化值，用 表示。第11頁，共34頁。二、標(biāo)準(zhǔn)摩爾Gibbs函數(shù)變（ ）的求算1. 根據(jù) （例1）3. 由已知反應(yīng)的 求未知反應(yīng)的 （例3）4.熱化學(xué)法 查手冊(cè) （例3）5.電化學(xué)法：2. 通過標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)求算 （例2）第12頁，共34頁。標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成Gibbs函數(shù) 在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1 mol化合物時(shí)吉布斯函數(shù)的變化值，稱為該化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯函數(shù)，用下述符號(hào)表示：（化合物，物態(tài)，溫度）通常在298 K時(shí)的值有表可查。計(jì)算任意反應(yīng)在298 K時(shí)的第13頁，共34頁。 4.3 關(guān)于平衡

5、常數(shù)的討論一、 的意義二、影響 的因素（習(xí)題25）1. 溫度第14頁，共34頁。 關(guān)于平衡常數(shù)的討論第15頁，共34頁。第16頁，共34頁。2. 方程式寫法3. 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的選擇（平衡常數(shù)的各種表示法） 關(guān)于平衡常數(shù)的討論第17頁，共34頁。三、K的具體形式（例題4）對(duì)氣相反應(yīng)（1）對(duì)理想氣體反應(yīng)：（2）對(duì)實(shí)際氣體反應(yīng)：平衡常數(shù)的各種表示方法第18頁，共34頁。 反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，用反應(yīng)物和生成物的實(shí)際壓力、摩爾分?jǐn)?shù)或濃度代入計(jì)算，得到的平衡常數(shù)稱為經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)，一般有單位。例如，對(duì)任意理想氣體反應(yīng)：平衡常數(shù)的各種表示方法第19頁，共34頁。平衡常數(shù)的各種表示方法（1） 用壓力表示的經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)第2

6、0頁，共34頁。平衡常數(shù)的各種表示方法（2）用物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)第21頁，共34頁。平衡常數(shù)的各種表示方法（3）用物質(zhì)的量表示的常數(shù)第22頁，共34頁。2. 對(duì)液相反應(yīng)（1）對(duì)理想溶液反應(yīng)：（2）對(duì)理想稀薄溶液反應(yīng)：（3）對(duì)非理想溶液反應(yīng)：第23頁，共34頁。平衡常數(shù)的各種表示方法3. 對(duì)復(fù)相反應(yīng)（例5、習(xí)題31）復(fù)相反應(yīng)：參加反應(yīng)的物質(zhì)不在同一相中的反應(yīng)。均相反應(yīng)：反應(yīng)物和產(chǎn)物在同一相中。CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)NH4HCO3(s) NH3(g)+H2O(g)+CO2(g)第24頁，共34頁。若s, l為純物質(zhì)，g為理想氣體第25頁，共34頁。分解壓：固體物質(zhì)在一

7、定溫度下分解達(dá)到平衡時(shí)產(chǎn)物中氣體的總壓力。將分解壓力等于標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度稱為分解溫度。第26頁，共34頁。平衡常數(shù)的各種表示方法則熱力學(xué)平衡常數(shù)：第27頁，共34頁。四、K的求算（例題6、習(xí)題18）實(shí)驗(yàn)測(cè)定： 物理方法：測(cè)平衡系統(tǒng)的物理性質(zhì)（折光率、電導(dǎo)率、顏色、密度、壓力、體積等），導(dǎo)出平衡常數(shù)化學(xué)方法：測(cè)平衡組成，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式求平衡常數(shù)2. 由定義：K的求算第28頁，共34頁。一、平衡移動(dòng)問題的共性初態(tài)： 平衡狀態(tài)1 rGm,1=0 新狀態(tài) rGm末態(tài)： 平衡狀態(tài)2 rGm,2=0因此，判斷平衡是否移動(dòng)或如何移動(dòng)的關(guān)鍵是確定“新狀態(tài)”，并計(jì)算此時(shí)的rGm，即平衡移動(dòng)問題實(shí)質(zhì)是反

8、應(yīng)方向問題。改變F移動(dòng) 0 平衡左移 =0 F對(duì)平衡無影響4.4 各種因素對(duì)化學(xué)平衡的影響第29頁，共34頁。 各種因素對(duì)化學(xué)平衡的影響壓力的影響（例題10）理想氣體化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)K只是溫度的函數(shù)，與壓力無關(guān)液相和復(fù)相反應(yīng)的K雖與壓力有關(guān)但影響不大對(duì)于氣相反應(yīng)，壓力雖不能改變K，但能影響平衡系統(tǒng)的組成二、壓力、惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響第30頁，共34頁。結(jié)論：增加壓力，反應(yīng)向體積減小的方向進(jìn)行。第31頁，共34頁。惰性氣體的影響（例題11）存在于系統(tǒng)而不參與反應(yīng)的氣體 各種因素對(duì)化學(xué)平衡的影響對(duì)凝聚相反應(yīng)無影響。對(duì)有氣體參加或生成的反應(yīng)有影響（恒溫）第32頁，共34頁。結(jié)論：充入惰性氣體對(duì)平衡組成的影響與減小系統(tǒng)總壓