物化第五章化學(xué)平衡

第五章化學(xué)平衡2023/2/5第五章化學(xué)平衡3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(lái)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。第五章化學(xué)平衡2023/2/51.理解化學(xué)反應(yīng)的等溫方程式2.掌握標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)KQ定義式，學(xué)會(huì)從熱力學(xué)方面計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，熟悉化學(xué)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡組成的計(jì)算3.會(huì)分析溫度、壓力、惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響，了解實(shí)際氣體化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式。

重點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（KQ）定義式，平衡常數(shù)的測(cè)定和平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算難點(diǎn)：理想氣體反應(yīng)的等溫方程式第五章化學(xué)平衡2023/2/55.1

化學(xué)反應(yīng)的方向及平衡條件化學(xué)平衡的特征和微觀特點(diǎn)2.正向反應(yīng)速率等于逆向反應(yīng)速率3.動(dòng)態(tài)平衡1.參與反應(yīng)的各物質(zhì)的量不再隨時(shí)間而改變2023/2/5根據(jù)多組分系統(tǒng)的熱力學(xué)基本方程等溫dT=0、等壓dP=0積分0-1mol5.1

化學(xué)反應(yīng)的方向及平衡條件2023/2/5

適用于等溫、等壓、不做非膨脹功的封閉系統(tǒng)

參與反應(yīng)各物質(zhì)的化學(xué)勢(shì)保持不變5.1

化學(xué)反應(yīng)的方向及平衡條件圖中紅色虛線斜率為負(fù)時(shí)：G或A>0;斜率為0時(shí)：G或A=0;斜率為正時(shí)：G或A<0。5.1

化學(xué)反應(yīng)的方向及平衡條件2023/2/5理想氣體混合物反應(yīng)系統(tǒng)令：

5.2理想氣體反應(yīng)的等溫方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)令：2023/2/5理想氣體混合物系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)等溫方程:標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)吉布斯函數(shù)僅是溫度的函數(shù)壓力商,由參與反應(yīng)的氣體的壓力決定。

5.2理想氣體反應(yīng)的等溫方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)11

5.2理想氣體反應(yīng)的等溫方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)2023/2/5恒溫恒壓，平衡時(shí)化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，適用于任意相態(tài)的化學(xué)反應(yīng),包括電解質(zhì)溶液的反應(yīng)。它僅是溫度的函數(shù)

5.2理想氣體反應(yīng)的等溫方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)13K°:無(wú)量綱量,T一定時(shí)為常數(shù),其數(shù)值與計(jì)量式的寫法有關(guān)當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)：

5.2理想氣體反應(yīng)的等溫方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)

5.2理想氣體反應(yīng)的等溫方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)2023/2/5反應(yīng)自發(fā)向右反應(yīng)自發(fā)向左反應(yīng)達(dá)到平衡

5.2理想氣體反應(yīng)的等溫方程及標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)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)。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

5.2有凝聚相參與的理想氣體反應(yīng)平衡常數(shù)分解壓力—一定溫度下分解反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),氣體的壓力分解溫度—分解壓為101.325kPa時(shí)的溫度對(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

5.2有凝聚相參與的理想氣體反應(yīng)平衡常數(shù)700℃時(shí),反應(yīng):Fe(s)+H2O(g)=FeO(s)+H2(g)的K°=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：

5.2有凝聚相參與的理想氣體反應(yīng)平衡常數(shù)2023/2/5

5.2平衡常數(shù)值與化學(xué)反應(yīng)式的關(guān)系設(shè)如下化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量方程有兩種寫法所以因?yàn)?023/2/5

5.2平衡常數(shù)值與化學(xué)反應(yīng)式的關(guān)系212.理想氣體反應(yīng)的K°、Kp、KC、Ky及Kn22注意：上述各K中只有Kθ、Kp、KC在Ｔ一定時(shí)為常數(shù)2.理想氣體反應(yīng)的K°、Kp、KC、Ky及Kn

5.3平衡常數(shù)的計(jì)算2023/2/5

5.3平衡常數(shù)的計(jì)算

5.3平衡常數(shù)的計(jì)算轉(zhuǎn)化率：轉(zhuǎn)化掉的某反應(yīng)物占原始反應(yīng)物的分?jǐn)?shù)產(chǎn)率：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)開始10平衡0.50.5轉(zhuǎn)化率＝產(chǎn)率＝0.5

ABC開始100平衡0.50.30.2轉(zhuǎn)化率＝0.5產(chǎn)率:B→0.3C→0.2ABBAC例：

5.3平衡轉(zhuǎn)化率及平衡組成的計(jì)算2023/2/5

100平衡：1-xxx例：五氯化磷分解反應(yīng)在200℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為0.312，計(jì)算此溫度下200kPa時(shí)的轉(zhuǎn)化率。2023/2/5例：甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)在900K下的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為1.280，若取等摩爾的甲烷與水蒸氣反應(yīng)。求900K，101325Pa下平衡系統(tǒng)的組成（以摩爾分?jǐn)?shù)表示）。2023/2/55.平衡組成的計(jì)算2023/2/52023/2/5

5.4溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響溫度對(duì)化學(xué)平衡影響的本質(zhì)溫度影響和的值所以，溫度會(huì)影響化學(xué)平衡常數(shù)的值2023/2/5H+TS=G吉布斯-亥姆霍茲方程

5.4溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響2023/2/5

5.4.1溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響1）放熱，，升溫，

KΘ減小，逆向進(jìn)行2）吸熱，，升溫，

KΘ增大，正向進(jìn)行范特霍夫公式:2023/2/51.根據(jù)兩個(gè)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)值，計(jì)算反應(yīng)的摩爾焓變。2.已知反應(yīng)的摩爾焓變，從一個(gè)溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)值，求另一溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)值。

5.4溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響定積分：范特霍夫公式:2023/2/5

為常數(shù)2023/2/52023/2/5

5.5壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響壓力對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)值沒有影響，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)。設(shè)氣體為混合理想氣體代入Dalton分壓定律2023/2/5

5.5壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響如果反應(yīng)氣體分子數(shù)增加要保持值不變變小增加總壓對(duì)反應(yīng)氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)不利增加總壓，變大，產(chǎn)物的摩爾分?jǐn)?shù)變小2023/2/5

5.5壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響如果反應(yīng)氣體分子數(shù)減少要保持值不變變大增加總壓對(duì)反應(yīng)氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)有利增加總壓，變小，產(chǎn)物的摩爾分?jǐn)?shù)變大2023/2/5

5.5壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響如果反應(yīng)氣體分子數(shù)不變改變總壓對(duì)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)沒有影響2023/2/5

5.5惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響惰性氣體對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)值沒有影響，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)恒溫，恒壓過程：2023/2/5

5.5惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響如果反應(yīng)氣體分子數(shù)增加要保持值不變變大

加入惰性氣體，對(duì)反應(yīng)氣體分子數(shù)增加的反應(yīng)有利，相當(dāng)起了稀釋、降壓作用。增加惰氣，變小，含產(chǎn)物的物質(zhì)的量變大工業(yè)上常常采用通入氮?dú)饣蛩魵獾姆椒ㄔ黾赢a(chǎn)量。2023/2/5

5.5惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響反應(yīng)氣體分子數(shù)減少要保持值不變變小加入惰性氣體，對(duì)反應(yīng)氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)不利，工業(yè)上要定期清除惰性氣體。增加惰氣，變大，含產(chǎn)物的物質(zhì)的量變小如果2023/2/5

5.5惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響反應(yīng)氣體分子數(shù)不變而的值也不變加入惰性氣體，對(duì)這類反應(yīng)的平衡組成沒有影響。則的值保持不變?nèi)绻?023/2/5

5.5惰性氣體對(duì)化學(xué)平衡的影響恒溫，恒容過程：加入惰性氣體，對(duì)反應(yīng)的平衡組成沒有影響。

因?yàn)閚(總)變大，p也變大，故的值保持不變2023/2/5

5.5增加反應(yīng)物的量對(duì)化學(xué)平衡的影響1.恒溫，恒容過程：增加任意反應(yīng)物量，反應(yīng)平衡向右移動(dòng)！2.恒溫，恒壓過程：r=nD/nE時(shí)，產(chǎn)物在混合其中最大。各種因素理想氣體反應(yīng)平衡移動(dòng)影響2023/2/5TH>0（吸熱)T↑向右H<0（放熱)T↑向左p

（體積增大)p↑向左

（體積減小)p↑向右