化學(xué)平衡教程課件

第五章化學(xué)平衡——熱力學(xué)原理在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用11/19/20221第五章化學(xué)平衡——熱力學(xué)原理在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用11/11/2前言化學(xué)平衡問題：

1.反應(yīng)方向?2.限度？3.改變條件來獲得最大限度？這些問題可通過熱力學(xué)方法嚴(yán)格推導(dǎo)出來11/19/20222前言化學(xué)平衡問題：這些問題可通過熱力學(xué)方法嚴(yán)格推導(dǎo)出來1化學(xué)平衡：化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的宏觀靜止?fàn)顟B(tài)，正向速率與逆向速率達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；平衡特征：有一個(gè)常數(shù)存在（他可以作為反應(yīng)限度的標(biāo)志）。一、化學(xué)平衡與平衡特征經(jīng)驗(yàn)表明：化學(xué)平衡系統(tǒng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度性質(zhì)以一定方式組合，是一個(gè)僅與溫度和反應(yīng)系統(tǒng)本性有關(guān)的常數(shù)，稱為平衡常數(shù)。11/19/20223化學(xué)平衡：化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的宏觀靜止?fàn)顟B(tài)，正向速率與逆向速率達(dá)到1、平衡移動(dòng)原理：若條件（壓力、溫度、體積等）發(fā)生變更，平衡便向削弱或解除這種變更的方向移動(dòng)；這一原理長(zhǎng)期指導(dǎo)人們?nèi)フJ(rèn)識(shí)各種條件對(duì)平衡的影響；但他是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的不完美的定性的規(guī)則；二、化學(xué)平衡理論的發(fā)展經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)到理論不斷完善的過程：11/19/202241、平衡移動(dòng)原理：若條件（壓力、溫度、體積等）發(fā)生變更，平衡2、對(duì)平衡的定量研究：3、對(duì)平衡的熱力學(xué)研究：（1）證明平衡常數(shù)確實(shí)存在，并給出了嚴(yán)格的熱力學(xué)定義；（2）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，亦稱熱力學(xué)平衡常數(shù)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3102.8–93對(duì)其有嚴(yán)格的定義；（3）建立由熱性質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)的方法；（4）對(duì)平衡移動(dòng)也有了嚴(yán)格的熱力學(xué)定義。發(fā)現(xiàn)化學(xué)平衡存在一個(gè)平衡常數(shù)，它決定于反應(yīng)本性和溫度；歷史上存在許多平衡常數(shù)，亦稱經(jīng)驗(yàn)（或?qū)嶒?yàn)）平衡常數(shù)，Kc,Kp,Kx；11/19/202252、對(duì)平衡的定量研究：3、對(duì)平衡的熱力學(xué)研究：發(fā)現(xiàn)化學(xué)平衡存三、章節(jié)內(nèi)容化學(xué)反應(yīng)等溫方程式；標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算；影響化學(xué)平衡的各種因素。重點(diǎn)掌握理想氣體反應(yīng)系統(tǒng)，了解真實(shí)氣體反應(yīng)系統(tǒng)、液態(tài)混合物和溶液中的反應(yīng)系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是本章的核心11/19/20226三、章節(jié)內(nèi)容化學(xué)反應(yīng)等溫方程式；重點(diǎn)掌握理想氣體反應(yīng)系統(tǒng)，了§1化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式

一、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度二、理想氣體化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式11/19/20227§1化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式一、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度11/1、吉布斯函數(shù)判據(jù)：一、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度對(duì)化學(xué)反應(yīng)：——摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)判據(jù)11/19/202281、吉布斯函數(shù)判據(jù)：一、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度對(duì)化學(xué)反應(yīng)：——2、化學(xué)勢(shì)判據(jù)：化學(xué)反應(yīng)11/19/202292、化學(xué)勢(shì)判據(jù)：化學(xué)反應(yīng)11/11/202293、強(qiáng)調(diào)說明：2個(gè)判據(jù)在判斷反應(yīng)方向和限度是等效的。4、同學(xué)思考：2個(gè)具體判據(jù)好用嗎？下面進(jìn)行處理：使用Kθ11/19/2022103、強(qiáng)調(diào)說明：2個(gè)判據(jù)在判斷反應(yīng)方向和限度是等效的。4、同學(xué)二、理想氣體化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式等溫方程式為Kθ的使用作準(zhǔn)備11/19/202211二、理想氣體化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式等溫方程式為Kθ的使用作準(zhǔn)備1、推導(dǎo)等溫方程：11/19/2022121、推導(dǎo)等溫方程：11/11/2022122、了解其他反應(yīng)系統(tǒng)的等溫方程：真實(shí)氣體：理想液態(tài)混合物系統(tǒng)：非理想液態(tài)混合物系統(tǒng)：11/19/2022132、了解其他反應(yīng)系統(tǒng)的等溫方程：真實(shí)氣體：11/11/202§2理想氣體化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)定義及表達(dá)式；

二、有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加時(shí)K?的表達(dá)式；

三、相關(guān)反應(yīng)的K?之間的關(guān)系；

四、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算；

五、平衡組成的計(jì)算。11/19/202214§2理想氣體化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)定義及一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)任意反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)平衡時(shí)，11/19/202215一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)任意反應(yīng)1、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)定義式：

——標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式，對(duì)任意反應(yīng)都統(tǒng)一起來了！or11/19/2022161、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)定義式：——標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式，對(duì)任意反2、理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式為：平衡壓力商。11/19/2022172、理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式為3、了解其他反應(yīng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式真實(shí)氣體反應(yīng)：理想液態(tài)混合物反應(yīng)系統(tǒng)：非理想液態(tài)混合物反應(yīng)系統(tǒng)：同樣根據(jù)等溫方程推導(dǎo)11/19/2022183、了解其他反應(yīng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式真實(shí)氣體反應(yīng)：同樣根注意：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式，對(duì)任何反應(yīng)體系都適用；K?只是溫度的函數(shù)，與壓力無關(guān)；K?與化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式相對(duì)應(yīng)：

11/19/202219注意：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式，對(duì)任何反應(yīng)體是理想氣體化學(xué)反應(yīng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式；對(duì)真實(shí)氣體、液體混合物及溶液中的反應(yīng)不適用；平衡組成受標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的約束。注意：11/19/202220是理想氣體化學(xué)反應(yīng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式；對(duì)真實(shí)氣體、液體混4、恒溫恒壓下化學(xué)反應(yīng)的方向判斷：

到此，反應(yīng)方向問題處理完畢！11/19/2022214、恒溫恒壓下化學(xué)反應(yīng)的方向判斷：到此，反應(yīng)方向問題處理完說明：影響的因素：JP和K?（），后者往往起決定作用。11/19/202222說明：影響的因素：JP和K?（），后者二、有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加時(shí)K?的表達(dá)式先看兩個(gè)例子，再總結(jié)11/19/202223二、有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加時(shí)K?的表達(dá)式先看兩個(gè)例子，再總結(jié)11如：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)只與氣相物質(zhì)壓力有關(guān)，與凝聚相物質(zhì)無關(guān)。11/19/202224如：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)標(biāo)準(zhǔn)平衡如:C(s)+1/2O2(g)=CO(g)11/19/202225如:C(s)+1/2O2(g)=CO(g)11/11/2等溫方程為：氣體任一組分仍為：凝聚態(tài)物質(zhì)則近似：歸納總結(jié)11/19/202226等溫方程為：氣體任一組分仍為：凝聚態(tài)物質(zhì)則近似：歸納總結(jié)11三、相關(guān)反應(yīng)的K?之間的關(guān)系

11/19/202227三、相關(guān)反應(yīng)的K?之間的關(guān)系11/11/2022271、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定：實(shí)驗(yàn)測(cè)定平衡組成，然后代入平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；四、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算平衡反應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）反應(yīng)條件不變，系統(tǒng)組成不隨時(shí)間而變；（2）一定T下，從正、逆向趨近平衡，所得平衡組成相同，所計(jì)算的平衡常數(shù)值相同；（3）同樣反應(yīng)條件，改變反應(yīng)原料配比，所計(jì)算的平衡常數(shù)值相同。11/19/2022281、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定：四、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算平衡反應(yīng)

按平衡常數(shù)的定義式計(jì)算。其中的計(jì)算見第三章：?rGm?=?rHm?-T?rSm?開辟了由熱性質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)的途徑2、用熱力學(xué)方法計(jì)算：11/19/202229按平衡常數(shù)的定義式五、平衡轉(zhuǎn)化率與平衡組成的計(jì)算

轉(zhuǎn)化率——在本章指平衡轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化掉的反應(yīng)物占起始反應(yīng)物的分?jǐn)?shù)，轉(zhuǎn)化率須標(biāo)明物質(zhì)才有意義；

《通過例題講解》。按套路計(jì)算11/19/202230五、平衡轉(zhuǎn)化率與平衡組成的計(jì)算轉(zhuǎn)化率——在本章指平衡轉(zhuǎn)化率P219：將容積1.0547dm3的容器抽空，在297K導(dǎo)入NO直到壓力為24.136KPa。再引入0.7040g的溴。升溫到323.7K。平衡時(shí)，總壓為30.823KPa。求在323.7K時(shí)下列反應(yīng)的Kθ。解：起始：0p0(NO)=26.306p0(Br2)=11.24平衡：p(NOBr)p0(NO)-p(NOBr)p0(Br2)-1/2p(NOBr)

平衡總壓：p=p0(NO)+p0(Br2)-1/2p(NOBr)11/19/202231P219：將容積1.0547dm3的容器抽空，在297K導(dǎo)入平衡分壓：p(NOBr)=2{p0(NO)+p0(Br2)-p}p(NO)=p0(NO)-p(NOBr)p(Br2)=p0(Br2)-1/2p(NOBr)

11/19/202232平衡分壓：p(NOBr)=2{p0(NO)+p0(BP220：將氨基甲酸銨放在一抽空的容器中，并按下式分解：NH2COONH4(s)==2NH3(g)+CO2(g)，在20.8℃達(dá)到平衡，容器內(nèi)壓力為8.825KPa；另一次實(shí)驗(yàn)：溫度不變，先通氨氣使其起始?jí)毫?2.443KPa，再加入氨基甲酸銨。平衡時(shí)還有氨基甲酸銨存在，求平衡時(shí)各氣體的分壓及總壓。解：NH2COONH4(s)==2NH3(g)+CO2(g)起始：00平衡：p(NH3)=2p(CO2)p(CO2)總壓：p=3p(CO2)11/19/202233P220：將氨基甲酸銨放在一抽空的容器中，并按下式分解：NH分壓：p(NH3)=2/3pp(CO2)=1/3p

NH2COONH4(s)==2NH3(g)+CO2(g)起始：p0(NH3)0平衡：p0(NH3)+2p(CO2)p(CO2)11/19/202234分壓：p(NH3)=2/3pNH2COONH4(s)P221：甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)

900K，Kθ=1.280，等物質(zhì)的量的甲烷和水氣反應(yīng)，求900K及101.325KPa下的平衡組成。解：設(shè)平衡轉(zhuǎn)化率為α

CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)起始：n0n000平衡：n0(1-α)n0(1-α)n0α3n0α總的物質(zhì)的量為n=2n0(1+α)平衡分壓：11/19/202235P221：甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)==CO(（2）例題：甲醇催化合成反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)

523K時(shí)該反應(yīng)的△rGmθ=26.263KJ.mol-1。如果原料氣中CO與H2物質(zhì)量的比為1:2，523K和105Pa壓力下，反應(yīng)平衡。求（1）平衡常數(shù)；（2）平衡轉(zhuǎn)化率；（3）平衡時(shí)各物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)解：CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)起始：12平衡：1-α2-2α

α

總：1-α+2-2α+α=3-2α11/19/202236（2）例題：甲醇催化合成反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)==C

α=1.04×10-3(3)y(co)=0.3332y(H2)=0.6664y(CH3OH)=0.000411/19/202237α=1.04×10-311/11/202237下一單元：影響理想氣體化學(xué)反應(yīng)平衡的因素一、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響二、氣體總壓對(duì)對(duì)化學(xué)平衡的影響三、惰性組分對(duì)對(duì)化學(xué)平衡的影響條件的改變使平衡發(fā)生移動(dòng)：第1條溫度改變了平衡常數(shù)；后2條改變了壓力商。11/19/202238下一單元：影響理想氣體化學(xué)反應(yīng)平衡的因素一、溫度對(duì)化學(xué)平衡的§3溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響

對(duì)化學(xué)反應(yīng)：范特霍夫方程：——溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響。11/19/202239§3溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響對(duì)化學(xué)反應(yīng)：范特霍夫方程：1、定性分析：溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響11/19/2022401、定性分析：溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響11/11/2022402、積分式：11/19/2022412、積分式：11/11/202241例題：高溫下：C(s)+H2O(g)===H2(g)+CO(g),已知1000K和1200K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)分別為2.472和37.58；試求：在該溫度區(qū)間內(nèi)的△rHθm(設(shè)為常數(shù))；在1100K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。解：△rHθm=135.8KJ.mol-1；Kθ(1100K)=10.91知識(shí)點(diǎn)：積分式11/19/202242例題：高溫下：C(s)+H2O(g)===H2(g)+CO(例題：NH4Cl(s)==NH3(g)+HCl(g)的平衡常數(shù)在250-400K范圍內(nèi)為：，求300K

時(shí)，反應(yīng)的

解：?rGm?=?rHm?-T?rSm?知識(shí)點(diǎn)：11/19/202243例題：NH4Cl(s)==NH3(g)+HCl(g)的平衡?！?其它因素對(duì)理想氣體化學(xué)反應(yīng)平衡的影響

一、氣體總壓對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響

二、惰性組分對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響

實(shí)質(zhì)是改變了Jp，即改變了平衡組成11/19/202244§4其它因素對(duì)理想氣體化學(xué)反應(yīng)平衡的影響一、氣體總壓對(duì)平一、氣體總壓對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響

可見，，則溫度一定時(shí)（K?一定），改變總壓P，必定改變，即平衡系統(tǒng)的組成。

提高壓力，反應(yīng)向體積縮小的方向進(jìn)行

11/19/202245一、氣體總壓對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響可見，，則溫度一二、惰性組分對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響

n0——惰性組分摩爾數(shù)

增加惰性組分，有利于氣體的物質(zhì)的量增大的反應(yīng)11/19/202246二、惰性組分對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響n0——惰性組分摩爾數(shù)增加P229：合成氨反應(yīng)：1/2N2(g)+3/2H2(g)==NH3(g)

在500K時(shí)，Kθ=0.2968，如反應(yīng)物配比符合化學(xué)計(jì)量，試估算在500K，壓力自100KPa到1000KPa時(shí)的平衡轉(zhuǎn)化率。解：1/2N2(g)+3/2H2(g)===NH3(g)1301-α3-3α2α

總=4-2α11/19/202247P229：合成氨反應(yīng)：1/2N2(g)+3/2H2(g)==解：

P231：利用體積比1:3氮?dú)浠旌蠚怏w，在500℃，30.4MPa下，進(jìn)行合成氨反應(yīng)：

1/2N2(g)+3/2H2(g)====NH3(g)

在500℃時(shí)，Kθ=3.75×10-3。試估算平衡轉(zhuǎn)化率及氨的含量。（1）原料氣只有1:3的氮和氫；（2）除了1:3的氮和氫外，還有10%的惰性氣體。（1）思路同上題。11/19/202248解：P231：利用體積比1:3氮?dú)浠旌蠚怏w，在500℃，301/2N2(g)+3/2H2(g)===NH3(g)

（2）11/19/2022491/2N2(g)+3/2H2(g)小結(jié)一、化學(xué)放應(yīng)的方向和限度1、化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式及表達(dá)式；2、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的應(yīng)用（1）化學(xué)反應(yīng)的方向的判斷；（2）化學(xué)反應(yīng)平衡組成的計(jì)算；二、影響化學(xué)反應(yīng)平衡的因素1、溫度的影響：范特霍夫方程；2、氣體總壓、惰性組分的影響。思考：平衡移動(dòng)的熱力學(xué)定義？11/19/202250小結(jié)一、化學(xué)放應(yīng)的方向和限度思考：平衡移動(dòng)的熱力學(xué)定義第五章化學(xué)平衡——熱力學(xué)原理在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用11/19/202251第五章化學(xué)平衡——熱力學(xué)原理在化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用11/11/2前言化學(xué)平衡問題：

1.反應(yīng)方向?2.限度？3.改變條件來獲得最大限度？這些問題可通過熱力學(xué)方法嚴(yán)格推導(dǎo)出來11/19/202252前言化學(xué)平衡問題：這些問題可通過熱力學(xué)方法嚴(yán)格推導(dǎo)出來1化學(xué)平衡：化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的宏觀靜止?fàn)顟B(tài)，正向速率與逆向速率達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡；平衡特征：有一個(gè)常數(shù)存在（他可以作為反應(yīng)限度的標(biāo)志）。一、化學(xué)平衡與平衡特征經(jīng)驗(yàn)表明：化學(xué)平衡系統(tǒng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度性質(zhì)以一定方式組合，是一個(gè)僅與溫度和反應(yīng)系統(tǒng)本性有關(guān)的常數(shù)，稱為平衡常數(shù)。11/19/202253化學(xué)平衡：化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)的宏觀靜止?fàn)顟B(tài)，正向速率與逆向速率達(dá)到1、平衡移動(dòng)原理：若條件（壓力、溫度、體積等）發(fā)生變更，平衡便向削弱或解除這種變更的方向移動(dòng)；這一原理長(zhǎng)期指導(dǎo)人們?nèi)フJ(rèn)識(shí)各種條件對(duì)平衡的影響；但他是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的不完美的定性的規(guī)則；二、化學(xué)平衡理論的發(fā)展經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)到理論不斷完善的過程：11/19/2022541、平衡移動(dòng)原理：若條件（壓力、溫度、體積等）發(fā)生變更，平衡2、對(duì)平衡的定量研究：3、對(duì)平衡的熱力學(xué)研究：（1）證明平衡常數(shù)確實(shí)存在，并給出了嚴(yán)格的熱力學(xué)定義；（2）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，亦稱熱力學(xué)平衡常數(shù)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3102.8–93對(duì)其有嚴(yán)格的定義；（3）建立由熱性質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)的方法；（4）對(duì)平衡移動(dòng)也有了嚴(yán)格的熱力學(xué)定義。發(fā)現(xiàn)化學(xué)平衡存在一個(gè)平衡常數(shù)，它決定于反應(yīng)本性和溫度；歷史上存在許多平衡常數(shù)，亦稱經(jīng)驗(yàn)（或?qū)嶒?yàn)）平衡常數(shù)，Kc,Kp,Kx；11/19/2022552、對(duì)平衡的定量研究：3、對(duì)平衡的熱力學(xué)研究：發(fā)現(xiàn)化學(xué)平衡存三、章節(jié)內(nèi)容化學(xué)反應(yīng)等溫方程式；標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)；標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算；影響化學(xué)平衡的各種因素。重點(diǎn)掌握理想氣體反應(yīng)系統(tǒng)，了解真實(shí)氣體反應(yīng)系統(tǒng)、液態(tài)混合物和溶液中的反應(yīng)系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是本章的核心11/19/202256三、章節(jié)內(nèi)容化學(xué)反應(yīng)等溫方程式；重點(diǎn)掌握理想氣體反應(yīng)系統(tǒng)，了§1化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式

一、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度二、理想氣體化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式11/19/202257§1化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式一、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度11/1、吉布斯函數(shù)判據(jù)：一、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度對(duì)化學(xué)反應(yīng)：——摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)判據(jù)11/19/2022581、吉布斯函數(shù)判據(jù)：一、化學(xué)反應(yīng)的方向和限度對(duì)化學(xué)反應(yīng)：——2、化學(xué)勢(shì)判據(jù)：化學(xué)反應(yīng)11/19/2022592、化學(xué)勢(shì)判據(jù)：化學(xué)反應(yīng)11/11/202293、強(qiáng)調(diào)說明：2個(gè)判據(jù)在判斷反應(yīng)方向和限度是等效的。4、同學(xué)思考：2個(gè)具體判據(jù)好用嗎？下面進(jìn)行處理：使用Kθ11/19/2022603、強(qiáng)調(diào)說明：2個(gè)判據(jù)在判斷反應(yīng)方向和限度是等效的。4、同學(xué)二、理想氣體化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式等溫方程式為Kθ的使用作準(zhǔn)備11/19/202261二、理想氣體化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式等溫方程式為Kθ的使用作準(zhǔn)備1、推導(dǎo)等溫方程：11/19/2022621、推導(dǎo)等溫方程：11/11/2022122、了解其他反應(yīng)系統(tǒng)的等溫方程：真實(shí)氣體：理想液態(tài)混合物系統(tǒng)：非理想液態(tài)混合物系統(tǒng)：11/19/2022632、了解其他反應(yīng)系統(tǒng)的等溫方程：真實(shí)氣體：11/11/202§2理想氣體化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)定義及表達(dá)式；

二、有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加時(shí)K?的表達(dá)式；

三、相關(guān)反應(yīng)的K?之間的關(guān)系；

四、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算；

五、平衡組成的計(jì)算。11/19/202264§2理想氣體化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)定義及一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)任意反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)平衡時(shí)，11/19/202265一、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)任意反應(yīng)1、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)定義式：

——標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式，對(duì)任意反應(yīng)都統(tǒng)一起來了！or11/19/2022661、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)定義式：——標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式，對(duì)任意反2、理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式為：平衡壓力商。11/19/2022672、理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式為3、了解其他反應(yīng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式真實(shí)氣體反應(yīng)：理想液態(tài)混合物反應(yīng)系統(tǒng)：非理想液態(tài)混合物反應(yīng)系統(tǒng)：同樣根據(jù)等溫方程推導(dǎo)11/19/2022683、了解其他反應(yīng)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)表達(dá)式真實(shí)氣體反應(yīng)：同樣根注意：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式，對(duì)任何反應(yīng)體系都適用；K?只是溫度的函數(shù)，與壓力無關(guān)；K?與化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式相對(duì)應(yīng)：

11/19/202269注意：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義式，對(duì)任何反應(yīng)體是理想氣體化學(xué)反應(yīng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式；對(duì)真實(shí)氣體、液體混合物及溶液中的反應(yīng)不適用；平衡組成受標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的約束。注意：11/19/202270是理想氣體化學(xué)反應(yīng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的表達(dá)式；對(duì)真實(shí)氣體、液體混4、恒溫恒壓下化學(xué)反應(yīng)的方向判斷：

到此，反應(yīng)方向問題處理完畢！11/19/2022714、恒溫恒壓下化學(xué)反應(yīng)的方向判斷：到此，反應(yīng)方向問題處理完說明：影響的因素：JP和K?（），后者往往起決定作用。11/19/202272說明：影響的因素：JP和K?（），后者二、有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加時(shí)K?的表達(dá)式先看兩個(gè)例子，再總結(jié)11/19/202273二、有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加時(shí)K?的表達(dá)式先看兩個(gè)例子，再總結(jié)11如：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)只與氣相物質(zhì)壓力有關(guān)，與凝聚相物質(zhì)無關(guān)。11/19/202274如：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)標(biāo)準(zhǔn)平衡如:C(s)+1/2O2(g)=CO(g)11/19/202275如:C(s)+1/2O2(g)=CO(g)11/11/2等溫方程為：氣體任一組分仍為：凝聚態(tài)物質(zhì)則近似：歸納總結(jié)11/19/202276等溫方程為：氣體任一組分仍為：凝聚態(tài)物質(zhì)則近似：歸納總結(jié)11三、相關(guān)反應(yīng)的K?之間的關(guān)系

11/19/202277三、相關(guān)反應(yīng)的K?之間的關(guān)系11/11/2022271、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定：實(shí)驗(yàn)測(cè)定平衡組成，然后代入平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算；四、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算平衡反應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）反應(yīng)條件不變，系統(tǒng)組成不隨時(shí)間而變；（2）一定T下，從正、逆向趨近平衡，所得平衡組成相同，所計(jì)算的平衡常數(shù)值相同；（3）同樣反應(yīng)條件，改變反應(yīng)原料配比，所計(jì)算的平衡常數(shù)值相同。11/19/2022781、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定：四、標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定與計(jì)算平衡反應(yīng)

按平衡常數(shù)的定義式計(jì)算。其中的計(jì)算見第三章：?rGm?=?rHm?-T?rSm?開辟了由熱性質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)的途徑2、用熱力學(xué)方法計(jì)算：11/19/202279按平衡常數(shù)的定義式五、平衡轉(zhuǎn)化率與平衡組成的計(jì)算

轉(zhuǎn)化率——在本章指平衡轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化掉的反應(yīng)物占起始反應(yīng)物的分?jǐn)?shù)，轉(zhuǎn)化率須標(biāo)明物質(zhì)才有意義；

《通過例題講解》。按套路計(jì)算11/19/202280五、平衡轉(zhuǎn)化率與平衡組成的計(jì)算轉(zhuǎn)化率——在本章指平衡轉(zhuǎn)化率P219：將容積1.0547dm3的容器抽空，在297K導(dǎo)入NO直到壓力為24.136KPa。再引入0.7040g的溴。升溫到323.7K。平衡時(shí)，總壓為30.823KPa。求在323.7K時(shí)下列反應(yīng)的Kθ。解：起始：0p0(NO)=26.306p0(Br2)=11.24平衡：p(NOBr)p0(NO)-p(NOBr)p0(Br2)-1/2p(NOBr)

平衡總壓：p=p0(NO)+p0(Br2)-1/2p(NOBr)11/19/202281P219：將容積1.0547dm3的容器抽空，在297K導(dǎo)入平衡分壓：p(NOBr)=2{p0(NO)+p0(Br2)-p}p(NO)=p0(NO)-p(NOBr)p(Br2)=p0(Br2)-1/2p(NOBr)

11/19/202282平衡分壓：p(NOBr)=2{p0(NO)+p0(BP220：將氨基甲酸銨放在一抽空的容器中，并按下式分解：NH2COONH4(s)==2NH3(g)+CO2(g)，在20.8℃達(dá)到平衡，容器內(nèi)壓力為8.825KPa；另一次實(shí)驗(yàn)：溫度不變，先通氨氣使其起始?jí)毫?2.443KPa，再加入氨基甲酸銨。平衡時(shí)還有氨基甲酸銨存在，求平衡時(shí)各氣體的分壓及總壓。解：NH2COONH4(s)==2NH3(g)+CO2(g)起始：00平衡：p(NH3)=2p(CO2)p(CO2)總壓：p=3p(CO2)11/19/202283P220：將氨基甲酸銨放在一抽空的容器中，并按下式分解：NH分壓：p(NH3)=2/3pp(CO2)=1/3p

NH2COONH4(s)==2NH3(g)+CO2(g)起始：p0(NH3)0平衡：p0(NH3)+2p(CO2)p(CO2)11/19/202284分壓：p(NH3)=2/3pNH2COONH4(s)P221：甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)

900K，Kθ=1.280，等物質(zhì)的量的甲烷和水氣反應(yīng)，求900K及101.325KPa下的平衡組成。解：設(shè)平衡轉(zhuǎn)化率為α

CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)起始：n0n000平衡：n0(1-α)n0(1-α)n0α3n0α總的物質(zhì)的量為n=2n0(1+α)平衡分壓：11/19/202285P221：甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng):CH4(g)+H2O(g)==CO(（2）例題：甲醇催化合成反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)

523K時(shí)該反應(yīng)的△rGmθ=26.263KJ.mol-1。如果原料氣中CO與H2物質(zhì)量的比為1:2，523K和105Pa壓力下，反應(yīng)平衡。求（1）平衡常數(shù)；（2）平衡轉(zhuǎn)化率；（3）平衡時(shí)各物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)解：CO(g)+2H2(g)==CH3OH(g)起始：12平衡：1-α2-2α

α

總：1-α+2-2α+α=3-2α11/19/202286（2）例題：甲醇催化合成反應(yīng)：CO(g)+2H2(g)==C

α=1.04×10-3(3)y(co)=0.3332y(H2)=0.6664y(CH3OH)=0.000411/19/202287α=1.04×10-311/11/202237下一單元：影響理想氣體化學(xué)反應(yīng)平衡的因素一、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響二、氣體總壓對(duì)對(duì)化學(xué)平衡的影響三、惰性組分對(duì)對(duì)化學(xué)平衡的影響條件的改變使平衡發(fā)生移動(dòng)：第1條溫度改變了平衡常數(shù)；后2條改變了壓力商。11/19/202288下一單元：影響理想氣體化學(xué)反應(yīng)平衡的因素一、溫度對(duì)化學(xué)平衡的§3溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響

對(duì)化學(xué)反應(yīng)：范特霍夫方程：——溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響。11/19/202289§3溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的影響對(duì)化學(xué)反應(yīng)：范特霍夫方程：1、定性分析：溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響11/19/2022901、定性分析：溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響11/11/2022402、積分式：11/19/2022912、積分式：11/11/202241例題：高溫下：C(s)+H2O(g)===H2(g)+CO(g),已知1000K和1200K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)分別為2.472和37.58；試求：在該溫度區(qū)間內(nèi)的△rHθm(設(shè)為常數(shù))；在1100K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。解：△rHθm=135.8KJ.mol-1；