物理化學(xué)冶金上冊第五章市公開課獲獎?wù)n件

1、第五章 化學(xué)平衡 極限產(chǎn)率是多少 極限產(chǎn)率隨條件改變 什么條件得到最大極限產(chǎn)率?；瘜W(xué)平衡：推導(dǎo)化學(xué)平衡時溫度、壓力、構(gòu)成以及它們與其它熱力學(xué)函數(shù)間定量關(guān)系，并進(jìn)行化學(xué)平衡計算。第1頁第1頁1.化學(xué)反應(yīng)特點：（1）化學(xué)反應(yīng)都是體系從不平衡狀態(tài)趨向平衡狀態(tài)；（2）化學(xué)反應(yīng)都能夠向正、反兩個方向進(jìn)行，可是在一開始，在一定條件下總有擬定方向。（3）大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)不能進(jìn)行到底，即反應(yīng)物不能所有變?yōu)楫a(chǎn)物，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度就會達(dá)到平衡。第2頁第2頁2.化學(xué)反應(yīng)平衡特點：（1）平衡態(tài)從宏觀上看是平衡了（處于靜態(tài)）,從微觀上看是動態(tài)平衡，即正反應(yīng)和逆反應(yīng)反應(yīng)速率相等。（2）平衡態(tài)是有條件，假如條件改變則原有

2、平衡被破壞，會在新條件下達(dá)到新平衡（3）平衡時反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度不變，平衡濃度之間關(guān)系由平衡常數(shù)來聯(lián)系和限定，這點是化學(xué)反應(yīng)平衡態(tài)主要特點，即存在一個平衡常數(shù)。 第3頁第3頁設(shè)任意封閉體系中有一化學(xué)反應(yīng)當(dāng)發(fā)生微小改變時（溫度，壓力，化學(xué)反應(yīng)），體系內(nèi)個物質(zhì)量也相應(yīng)發(fā)生微小改變，若只作膨脹功，則：等溫，等壓下，則：第4頁第4頁依據(jù)反應(yīng)進(jìn)度定義，能夠得到：因此：表示參與反應(yīng)B物質(zhì)計量系數(shù)，其符號規(guī) ：表示參與反應(yīng)B物質(zhì)化學(xué)勢第5頁第5頁在5-1中，如 則 （5-1),(5-2）兩個公式合用條件：（1）等溫、等壓、不作非膨脹功一個化學(xué)反應(yīng)；（2）反應(yīng)過程中，各物質(zhì)化學(xué)勢 保持不變。 公式（5-1)表示

3、有限體系中發(fā)生微小改變； 公式(5-2)表示在大量體系中發(fā)生了反應(yīng)進(jìn)度等于1 mol改變。這時各物質(zhì)濃度基本不變，化學(xué)勢也保持不變。此后討論都包括0 1 條件。第6頁第6頁 反應(yīng)中保持 不變條件：1、在有限量體系中發(fā)生微小反應(yīng)，體系中個物質(zhì)量微小改變不足引起各物質(zhì)濃度改變，因而化學(xué)勢不變；2、在一個很大體系中發(fā)生了一單位化學(xué)反應(yīng)時，體系中各物質(zhì)濃度可視為不變，因而化學(xué)勢可看作不變。第7頁第7頁3.化學(xué)反應(yīng)方向和程度：用 判斷都是等效。反應(yīng)自發(fā)地向左進(jìn)行，不也許自發(fā)向右進(jìn)行反應(yīng)達(dá)到平衡反應(yīng)自發(fā)地向右進(jìn)行第8頁第8頁用 判斷，這相稱于 圖上曲線斜率，由于是微小改變，反應(yīng)進(jìn)度處于01 mol之間。反

4、應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行，趨向平衡反應(yīng)自發(fā)向左進(jìn)行，趨向平衡反應(yīng)達(dá)到平衡第9頁第9頁第10頁第10頁4.化學(xué)反應(yīng)等溫方程式：設(shè)在等溫等壓條件下發(fā)生一抱負(fù)氣體化學(xué)反應(yīng)：反應(yīng)體系吉布斯能改變?yōu)椋簩Ρж?fù)氣體，其化學(xué)勢為：將反應(yīng)中各組分化學(xué)勢代入(5-2)有：第11頁第11頁對上述反應(yīng)有：令：第12頁第12頁則：由于(5-4)左邊只是溫度函數(shù)，當(dāng)溫度一定期為一定值，由此決定方程右邊對數(shù)中值為一常數(shù)，令：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時，反應(yīng) 即：第13頁第13頁 被稱為反應(yīng)平衡常數(shù)，也叫熱力學(xué)常數(shù)，為了書寫以便(5-4)和 (5-5)中“eq”常被省略。將(5-5)代入(5-4)有：將(5-5)代入(5-3)有：過程自發(fā)進(jìn)行過

5、程已達(dá)到平衡態(tài)過程不能自發(fā)進(jìn)行第14頁第14頁反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行反應(yīng)達(dá)到平衡態(tài)反應(yīng)自發(fā)向左進(jìn)行 推廣到任意化學(xué)反應(yīng)，只需用 代替 在不同情況下 有不同含義： 抱負(fù)氣體實際氣體抱負(fù)溶液非抱負(fù)溶液第15頁第15頁 與方程式寫法相關(guān) 第16頁第16頁有凝聚態(tài)物質(zhì)參與抱負(fù)氣體化學(xué)反應(yīng)在常壓下，壓力對凝聚相容量影響可忽略不計，故參與反應(yīng)純凝聚相可認(rèn)為處于原則態(tài)，即：而，依據(jù)平衡條件，有：第17頁第17頁平衡時：則即第18頁第18頁 是溫度函數(shù)，它與參與反應(yīng)所有純物質(zhì)準(zhǔn)狀態(tài)下化學(xué)勢相關(guān)；而在有純態(tài)凝聚相參與抱負(fù)氣體中平衡常數(shù)只與反應(yīng)物和產(chǎn)物中氣態(tài)物質(zhì)相關(guān)。比如：平衡常數(shù)為： 在一定溫度下，無論反應(yīng)體系中 和

6、 量有多少，平衡時（體系中必須同時存 和CaO 固體) 分壓總是定值。通常將 分壓稱為 分解壓。在普通情況下，分解壓是指固體物質(zhì)在一定溫度下分解達(dá)到平衡時產(chǎn)物中氣體總壓力。第19頁第19頁第20頁第20頁平衡常數(shù)測定 （1）物理分析法 直接測定與濃度或壓力呈線性關(guān)系物理量，如折光率、電導(dǎo)率、顏色、光吸取、定量色譜圖譜和磁共振譜等，求出平衡構(gòu)成。這種辦法不干擾體系平衡狀態(tài)。 （2）化學(xué)分析法 用驟冷、抽去催化劑或沖稀等辦法使反應(yīng)停止，然后用化學(xué)分析辦法求出平衡構(gòu)成。 普通情況下，可采用物理法或化學(xué)法測定平衡體系中各物質(zhì)濃度或壓力。第21頁第21頁例：在900，101.325kPa下，使CO和水蒸

7、氣及等摩爾比通過催化劑進(jìn)行下列反應(yīng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，快速冷卻到室溫，測得各氣體分壓： ， ，同溫下該反應(yīng)另一平衡混合氣體含有22.72molCO，22.72molH2O及48.50molCO2，求H2量。解：第22頁第22頁設(shè)在第二個平衡中有 molH2，各氣體平衡分壓為 ， 為各氣體量，V是混合氣體總體積。即混合氣體中含8.25molH2。第23頁第23頁平衡轉(zhuǎn)化率計算 平衡轉(zhuǎn)化率又稱為理論轉(zhuǎn)化率，是達(dá)到平衡后，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物百分?jǐn)?shù)。第24頁第24頁用壓力表示平衡常數(shù) ：令：則： 是原則平衡常數(shù)，無量綱 是經(jīng)驗平衡常數(shù)，有量綱（只有 才無量綱）第25頁第25頁 溫度對原則平衡常數(shù)影響 依據(jù)吉

8、布斯-亥姆霍茲公式有： 將其應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng) 每種物質(zhì)第26頁第26頁 將 代入，得第27頁第27頁按 是否與溫度相關(guān)兩種情況進(jìn)行積分，研究平衡常數(shù)與溫度關(guān)系1. 與溫度無關(guān)若 與溫度無關(guān)或溫度改變范圍較小， 可視為常數(shù)，對(5.3.1)進(jìn)行積分，有：由上式看出，在 已知條件下，已知一個溫度平衡常數(shù)，就能夠求另一溫度下平衡常數(shù)。第28頁第28頁2. 與溫度相關(guān)若 與溫度相關(guān)或溫度改變范圍較大，就必須考慮溫度對反應(yīng)熱影響，這時應(yīng)先擬定 與T關(guān)系，在進(jìn)行積分。依據(jù)爾霍夫公式有：代入（5.3.1）：第29頁第29頁積分得： 式中 是積分常數(shù)。將 代入，可求 與溫度關(guān)系式。第30頁第30頁 其它原因?qū)?/p>

9、學(xué)平衡影響溫度改變溫度一定第31頁第31頁壓力對化學(xué)平衡影響壓力對化學(xué)平衡常數(shù)影響是指總壓對平衡影響。1.氣體反應(yīng) 抱負(fù)氣體或高溫低壓其它， 僅是溫度函數(shù)，對反應(yīng) 有：增長壓力對體積變大反應(yīng)不利增長壓力對體積變小反應(yīng)有利對平衡無影響第32頁第32頁例：在328及101.325kPa， 有50.2%解離，當(dāng)壓力增至1013.25kPa時 有多少解離？解：解離反應(yīng)為，開始 1 0平衡 第33頁第33頁當(dāng) ， ，則當(dāng) ，此時 解離度為該反應(yīng) ， 增大，對正反應(yīng)不利，解離度減小。第34頁第34頁惰性氣體對化學(xué)平衡影響 惰性氣體不參與反應(yīng)，不影響平衡常數(shù)，但卻唱影響平衡構(gòu)成。當(dāng)總壓一定期，惰性氣體存在實

10、際起了稀釋作用，它和減少反應(yīng)體系總壓效果相同。第35頁第35頁 對于 反應(yīng)，假如總壓不變，增長惰性氣體 ， 增大， 減小，溫度不變， 為一常數(shù)，則 項增大，平衡向右移動。第36頁第36頁例：常壓下乙苯脫氫制備苯乙烯，已知873K時， 若原料中，乙苯和水蒸氣百分比為1：9，求乙苯最大轉(zhuǎn)化率。若不通水蒸氣，則乙苯轉(zhuǎn)化率為若干？解：若通入1mol乙苯和9mol水蒸氣，并設(shè)乙苯轉(zhuǎn)化為反應(yīng)前 1 0 0 9平衡后 1-x x x 9平衡后物質(zhì)總量第37頁第37頁乙苯最大轉(zhuǎn)化率為72.8%，假如不通入水蒸氣，平衡后乙苯最大轉(zhuǎn)化率為38.9%，可見，水蒸氣加入使苯轉(zhuǎn)化率從38.9%增長到72.8%。第38頁第38頁反應(yīng)物摩爾比對平衡轉(zhuǎn)化率影響 對于氣相反應(yīng)： 若原料中只有反應(yīng)物而無產(chǎn)物，令反應(yīng)物摩爾比 增大； A轉(zhuǎn)化率增長； B轉(zhuǎn)化率減少 產(chǎn)物Y,Z在混合氣體中含量最大。第39頁第39頁第40頁第40頁真實氣體反應(yīng)化學(xué)平衡 對于抱負(fù)氣體：第41頁第41頁 達(dá)到平衡：第42頁第42頁 對于真實氣體：第43頁第43頁 達(dá)到平衡：第44頁第44頁 對于抱負(fù)氣體： 對于低壓真實氣體： 對于真實氣體：第45頁第45頁 對于真實氣體：第46頁第46頁常壓下液態(tài)混合物化學(xué)平衡對于液態(tài)混合物化學(xué)反應(yīng)任意一組分化學(xué)勢為在恒溫恒壓下，第47頁第47頁 達(dá)到平衡：第