高分子基本加工工藝第八章節(jié)

高分子基本加工工藝第八章節(jié)2023/5/9第1頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.分壓定律若有摩爾A氣體與摩爾B氣體組成的混合氣體，在溫度T時(shí)體積為V，則容器中混合氣體的總壓力為P，很容易直接測(cè)定。

若把摩爾A氣體在溫度T時(shí)單獨(dú)置于體積為V的容器中，實(shí)驗(yàn)可測(cè)得其壓力P

A。

同樣，摩爾B氣體在T、V條件下單獨(dú)存在時(shí)產(chǎn)生的壓力為P

B。

一、化學(xué)平衡

2023/5/9第2頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分壓定律

PPAPB1807年，道爾頓（DaltonJ.）從實(shí)驗(yàn)中得出：也就是說(shuō)：低壓混合氣體的總壓力等于各組分的分壓力之和。這就是所謂的分壓定律（或稱為道爾頓定律）。

2023/5/9第3頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2．化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)

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)任意反應(yīng)：(1)用壓力表示的經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)當(dāng) 時(shí)，的單位為1。2023/5/9第4頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)用摩爾分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)對(duì)理想氣體，符合Dalton分壓定律，2023/5/9第5頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)用物質(zhì)的量濃度表示的平衡常數(shù)對(duì)理想氣體，2023/5/9第6頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)液相反應(yīng)用活度表示的平衡常數(shù)因?yàn)? ，則2023/5/9第7頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(5).

標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(standardequilibriumconstant)

對(duì)于任意溶液反應(yīng)：aA+bB=dD+eE

當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，

Kθ稱為標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。當(dāng)反應(yīng)物、產(chǎn)物中有氣體物質(zhì)（平衡分壓為p)，則氣體物質(zhì)用p/pθ

代替濃度項(xiàng)。2023/5/9第8頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四說(shuō)明★

Kθ是單位為一的量。★

Kθ越大，化學(xué)反應(yīng)向右進(jìn)行得越徹底。因此標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)是一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的最大限度的量度?！?/p>

Kθ只與反應(yīng)的本性和溫度有關(guān)，與濃度或分壓無(wú)關(guān)。2023/5/9第9頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)吉布斯自由能的變化值在溫度T時(shí)，當(dāng)反應(yīng)物和生成物都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，發(fā)生反應(yīng)進(jìn)度為1mol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。2023/5/9第10頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四設(shè)在封閉體系中進(jìn)行下面的化學(xué)反應(yīng)aA+bB→gG+hH經(jīng)過(guò)推導(dǎo)可得：當(dāng)反應(yīng)在指定溫度和壓力下達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，=0，上式變?yōu)椋?.非標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)吉布斯自由能的變化值2023/5/9第11頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四所以：如果令：則：這就是化學(xué)平衡等溫方程式，也是非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變的表達(dá)式。

2023/5/9第12頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四有等溫方程式，可以判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的方向：2023/5/9第13頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5.化學(xué)平衡特征

可逆反應(yīng)的平衡狀態(tài)是反應(yīng)進(jìn)行的限度，它具有以下五個(gè)特征：（1）化學(xué)平衡最主要的特征是正反應(yīng)的速度與逆反應(yīng)的速度相等。（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)各物質(zhì)的濃度在外界條件不變的情況下,不隨時(shí)間而變化。2023/5/9第14頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）化學(xué)平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)體系達(dá)到平衡時(shí)，表面上看反應(yīng)似乎“停頓”了。（4）化學(xué)反應(yīng)的平衡可以從正反應(yīng)方向達(dá)到，也可以由逆反應(yīng)方向?qū)崿F(xiàn)。（5）化學(xué)平衡是有條件的。2023/5/9第15頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、化學(xué)平衡體系的計(jì)算

1.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的計(jì)算

(1)由平衡常數(shù)預(yù)計(jì)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的可能性(2)由平衡常數(shù)預(yù)計(jì)反應(yīng)的方向和限度2023/5/9第16頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四【例】298.15K時(shí)，反應(yīng)其ΔrGmΘ

=-16.5kJ/mol。若體系中物質(zhì)的量之比為N2：H2：NH3=1：3：2，總壓力為1atm時(shí)，計(jì)算反應(yīng)的ΔrGm

，并判斷反應(yīng)自動(dòng)正向進(jìn)行的可能性。(1)由平衡常數(shù)預(yù)計(jì)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的可能性2023/5/9第17頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四=-14.426×J/mol<0

解：

故而，反應(yīng)正向自動(dòng)進(jìn)行。所以，我們可以通過(guò)計(jì)算反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變，然后看它是負(fù)數(shù)、正數(shù)，還是等于零來(lái)判斷正向或逆向反應(yīng)可否實(shí)現(xiàn)。2023/5/9第18頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)由平衡常數(shù)預(yù)計(jì)反應(yīng)的方向和限度【例】求298.15K時(shí)，上例中反應(yīng)的Ka，并判斷反應(yīng)自動(dòng)進(jìn)行的方向。解：

因此，反應(yīng)正向自動(dòng)進(jìn)行。可見(jiàn)，我們可以通過(guò)求反應(yīng)的Qa，并用它和平衡常數(shù)進(jìn)行比較，從而判斷出反應(yīng)進(jìn)行的方向。

2023/5/9第19頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、化學(xué)平衡體系的計(jì)算

2.平衡體系中各物質(zhì)的量及轉(zhuǎn)化率的計(jì)算

2023/5/9第20頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、化學(xué)平衡的移動(dòng)定義：由于化學(xué)平衡的條件變化導(dǎo)致化學(xué)平衡移動(dòng)的過(guò)程?；瘜W(xué)平衡移動(dòng)直到建立新的平衡。影響因素：濃度、壓力和溫度。2023/5/9第21頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.濃度對(duì)化學(xué)平衡的影響對(duì)于任意一化學(xué)反應(yīng)，在等溫下其自由能變?yōu)椋骸鱮Gm

＝RTln(Q/Kθ)如果反應(yīng)Q=Kθ

，△rGm=0，反應(yīng)達(dá)到平衡；如果增加反應(yīng)物濃度或減少生成物濃度，將使Q＜Kθ，△rGm

＜0，原有平衡被破壞，正向移動(dòng)；如果減少反應(yīng)物濃度或增加生成物濃度，將使Q>Kθ，△rGm>0，原有平衡被破壞，逆向移動(dòng)。2023/5/9第22頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Qc<Kc，平衡向右移動(dòng)

Qc=Kc，體系達(dá)到平衡

Qc>Kc，平衡向左移動(dòng)

2023/5/9第23頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四改變氣體分壓對(duì)于氣體參與的任意一反應(yīng)，增加反應(yīng)物的分壓或減小產(chǎn)物的分壓，將使Q＜Kθ，△rGm

＜0，平衡向右移動(dòng)。反之，平衡逆向移動(dòng).壓力的變化對(duì)液相和固相反應(yīng)的平衡位置幾乎沒(méi)有影響。2、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響2023/5/9第24頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四改變系統(tǒng)的總壓，對(duì)氣體反應(yīng)化學(xué)平衡的影響將分兩種情況：當(dāng)a+b=d+e，改變總壓都不會(huì)改變Q值，仍然有Q=Kθ，平衡不發(fā)生移動(dòng)；當(dāng)a+b≠d+e，改變總壓將改變Q值，使Q≠Kθ

，平衡將發(fā)生移動(dòng)。增加總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)減少的方向移動(dòng)。減小總壓力，平衡將向氣體分子總數(shù)增加的方向移動(dòng)。2023/5/9第25頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、化學(xué)平衡的移動(dòng)3．溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響（1）溫度升高，的增加倍數(shù)大于的增加倍數(shù)，使，>故平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動(dòng)；（2）降低溫度，的降低倍數(shù)大于的降低倍數(shù)，使，<故平衡向放熱反應(yīng)的方向移動(dòng)。2023/5/9第26頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四復(fù)習(xí)1.基本概念分壓定律、平衡常數(shù)2.計(jì)算公式道爾頓分壓定律：標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)：2023/5/9第27頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四平衡常數(shù)與吉布斯自由能換算：任一反應(yīng)吉布斯自由能：化學(xué)反應(yīng)平衡的移動(dòng)：溫度？壓力？濃度？2023/5/9第28頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1.化學(xué)反應(yīng)等溫式△rGm=△rG+RTlnQa，當(dāng)選取不同標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)，反應(yīng)的△rG將改變，該反應(yīng)的△rGm和Qa將（）(A)都隨之改變(B)都不改變(C)Q變，△rGm不變(D)Q不變，△rGm改變

2.在等溫等壓下，當(dāng)反應(yīng)的△rG=5kJ·mol－1

時(shí)，該反應(yīng)能否進(jìn)行？(A)能正向自發(fā)進(jìn)行(B)能逆向自發(fā)進(jìn)行(C)不能判斷(D)不能進(jìn)行3.有理想氣體反應(yīng)達(dá)化學(xué)平衡A(g)+B(g)＝3C(g)，在等溫下維持體系總壓不變，向體系中加入惰性氣體，平衡_____移動(dòng)；若將氣體置于鋼筒內(nèi)加入惰性氣體后平衡__________移動(dòng)。CC向右不2023/5/9第29頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、化學(xué)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)1.化學(xué)動(dòng)力學(xué)的任務(wù)和目的2.化學(xué)反應(yīng)速率的表示法3.化學(xué)反應(yīng)的速率方程4.具有簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)的反應(yīng)5.溫度和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響2023/5/9第30頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四研究化學(xué)變化的方向、能達(dá)到的最大限度以及外界條件對(duì)平衡的影響?；瘜W(xué)熱力學(xué)只能預(yù)測(cè)反應(yīng)的可能性，但無(wú)法預(yù)料反應(yīng)能否發(fā)生？反應(yīng)的速率如何？反應(yīng)的機(jī)理如何？例如：熱力學(xué)只能判斷這兩個(gè)反應(yīng)都能發(fā)生，但如何使它發(fā)生，熱力學(xué)無(wú)法回答?；瘜W(xué)熱力學(xué)的研究對(duì)象和局限性返回2023/5/9第31頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)的速率和反應(yīng)的機(jī)理以及溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界因素對(duì)反應(yīng)速率的影響，把熱力學(xué)的反應(yīng)可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)性化學(xué)動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象例如：動(dòng)力學(xué)認(rèn)為：需一定的T，p和催化劑點(diǎn)火，加溫或催化劑返回2023/5/9第32頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2化學(xué)反應(yīng)速率的表示法速度velocity

是矢量，有方向性。速率rate

是標(biāo)量，無(wú)方向性，都是正值。例如:返回2023/5/9第33頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四瞬時(shí)速率反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度隨時(shí)間的變化濃度c時(shí)間反應(yīng)物[R]產(chǎn)物[P]返回2023/5/9第34頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在濃度隨時(shí)間變化的圖上，在時(shí)間t時(shí)，作交點(diǎn)的切線，就得到t時(shí)刻的瞬時(shí)速率。顯然，反應(yīng)剛開(kāi)始，速率大，然后不斷減小，體現(xiàn)了反應(yīng)速率變化的實(shí)際情況。返回2023/5/9第35頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四反應(yīng)進(jìn)度（extentofreaction）設(shè)反應(yīng)為：返回2023/5/9第36頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化速率（rateofconversion）對(duì)某化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量方程為：轉(zhuǎn)化速率的定義為：已知返回2023/5/9第37頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四反應(yīng)速率（rateofreaction）通常的反應(yīng)速率都是指定容反應(yīng)速率，它的定義為：當(dāng)反應(yīng)為：返回2023/5/9第38頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四對(duì)任何反應(yīng)：對(duì)于氣相反應(yīng)，由于壓力容易測(cè)定，所以速率也可以表示為：返回2023/5/9第39頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3化學(xué)反應(yīng)的速率方程速率方程又稱動(dòng)力學(xué)方程。它表明了反應(yīng)速率與濃度等參數(shù)之間的關(guān)系或濃度等參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系。速率方程可表示為微分式或積分式。例如：何謂速率方程？速率方程必須由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定返回2023/5/9第40頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四基元反應(yīng)和非基元反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量式，只反映了參與反應(yīng)的物質(zhì)之間量的關(guān)系，如：這三個(gè)化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量式相似，但反應(yīng)歷程卻大不相同。它們只反映了反應(yīng)的總結(jié)果，稱為總包反應(yīng)4具有簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)反應(yīng)返回2023/5/9第41頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四經(jīng)研究證實(shí)是分三步進(jìn)行的：

(1)I2+M2I·+M(2)2I·+MI2+M(3)2I·+H2

2HI反應(yīng)（1）~（3）為基元反應(yīng)。反應(yīng)（4）它是由三個(gè)基元反應(yīng)所構(gòu)成的總包反應(yīng)（4）H2+I2=2HI總結(jié)果為：H2與I2生成HI的氣相反應(yīng)example式中M是指反應(yīng)器的器壁，或是不參與反應(yīng)只起傳遞能量作用的第三物種。返回2023/5/9第42頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一般的化學(xué)反應(yīng)方程式只是一個(gè)計(jì)量方程式，只代表反應(yīng)總結(jié)果，不能反映進(jìn)行的實(shí)際途徑。化學(xué)反應(yīng)方程式是否為基元反應(yīng)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能確定。注意返回2023/5/9第43頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四質(zhì)量作用定律（lawofmassaction）一定溫度下,對(duì)某一基元反應(yīng),其反應(yīng)速率與各反應(yīng)物濃度(以化學(xué)方程式中該物質(zhì)的計(jì)量數(shù)為指數(shù))的乘積成正比?；磻?yīng)速率方程——質(zhì)量作用定律返回2023/5/9第44頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四如：aA+bB=gG+dD為基元反應(yīng)，則:質(zhì)量作用定律數(shù)學(xué)表達(dá)式?！铮╝+b）稱為反應(yīng)級(jí)數(shù)k

稱為反應(yīng)速率常數(shù)，與溫度、催化劑等反應(yīng)條件有關(guān)，而與反應(yīng)物濃度無(wú)關(guān)。返回2023/5/9第45頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四而對(duì)于非基元反應(yīng)，有：稱作反應(yīng)速率方程式。其中m、n要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。并不一定和反應(yīng)方程式中的計(jì)量數(shù)一致。返回2023/5/9第46頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四example2N2O5(g)4NO2(g)+O2(g)r=kc(N2O5)而不是r=kc2(N2O5)機(jī)理：N2O5 NO3+NO2（慢）NO3 NO+O2(快)NO+NO3 2NO2（快）返回2023/5/9第47頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)參加基元反應(yīng)的分子數(shù)目，目前已知的反應(yīng)分子數(shù)有1、2和3反應(yīng)分子數(shù)：在速率方程中各反應(yīng)物濃度的冪次之和反應(yīng)級(jí)數(shù)：在基元反應(yīng)中二者一致，非基元反應(yīng)中沒(méi)有相互的必然聯(lián)系。二者關(guān)系：返回2023/5/9第48頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）一級(jí)反應(yīng)不同級(jí)數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速率方程返回2023/5/9第49頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四lgc與t為線性關(guān)系，直線的斜率為，截距為lgc0。由斜率可求出速率常數(shù)k。反應(yīng)速率常數(shù)k的單位是[t]-1，如s-1。恒溫下，一級(jí)反應(yīng)的半衰期為常數(shù)，與反應(yīng)物的初始濃度無(wú)關(guān)。一級(jí)反應(yīng)的特征返回2023/5/9第50頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四解：據(jù)lgc～t為直線，可設(shè)4小時(shí)時(shí)為起始點(diǎn)

t1/2=0.693/k=7.19(h)至3.7mg/L時(shí)間t=4+2.7=6.7h即從8：00算起應(yīng)在約14：42前注射第二針。某藥物在人體中代謝為一級(jí)反應(yīng)，若上午8時(shí)經(jīng)4、12小時(shí)測(cè)定血藥濃度分別為4.80,2.22mg/L.求k,t1/2；若需保持血藥濃度3.7mg/L以上，應(yīng)在何時(shí)注射第二針？例題返回2023/5/9第51頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）二級(jí)反應(yīng)A+B=AB設(shè)cA0=a,cB0=b,x為產(chǎn)物濃度。則cA=a-x,cB=b-x,為反應(yīng)t時(shí)間后濃度。返回2023/5/9第52頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四a=b,即特例2A=A2,即返回2023/5/9第53頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四t1/2,A≠t1/2,B返回2023/5/9第54頁(yè)，共61頁(yè)，2023年，2月20日，星期四或與t為線性關(guān)系，直線的斜率分別為k或