第五章 化学平衡
更新时间:2023-10-08 03:24:01 阅读量: 综合文库 文档下载
第五章 化学平衡
授课时数:8学时 主要内容:
1. 化学反应的等温方程式和化学反应的亲的势 2. 理想气体化学反应的标准平衡常数 3. 温度对标准平衡常数的影响 4. 其它因素对理想气体化学平衡的影响 5. 同时反应平衡
6. 真实气体反应及混合物和溶液中反应的化学平衡 重点:
1. 化学反应标准平衡常数的定义; 2. 平衡常数和平衡组成的计算;
3. 化学反应的等温方程式和等压方程式及其应用; 4. 温度、压力及惰性气体等因素对化学平衡的影响。 难点:
1. 利用等温方程式判断一定条件下化学反应可能进行的方向; 2. 范特霍夫方程式的推导及其应用。 教学方式:
1. 采用CAI 课件与黑板讲授相结合的教学方式; 2. 合理运用问题教学或项目教学的教学方法;
3. 作业: 1,3,4,5,8,10,11,14,15,18,20,21,22,24,26,27,28; 4. 答疑:(a) 课后答疑;(b) 通过网络答疑。
5.1化学反应的等温方程
1.摩尔反应吉布斯函数和化学反应亲和势
在一定的温度、压力和非体积功为零的条件下,化学反应斯函数为
0???BBB的摩尔反应吉布
?自发?rGm?0???平衡????
定义化学反应的亲和势A为
A???rGm
'A代表在恒温、恒压和W?0的条件下反应的推动力。A >0反应能自动进行;A=0反应处
于平衡态;A< 0反应不能自动进行。
2.摩尔反应吉布斯函数与反应进度的关系,平衡条件
对于化学反应
0???BBB,随着反应的进行,各物质的量均发生变化,对多组分系统
dG??SdT?Vdp???BdnBB
B如果在恒温恒压下
dG???BdnB
d??根据反应进度的定义 得
dnB?B,
dnB??Bd?,
代入上式,则
dG???B?Bd?B
(?G/??)T,P???B?B??rGmB
式中的
??G???T,p表示在T,p及
组成一定的条件下,反应系统的
吉布斯函数随反应进度的变化率, 恒温恒压下均相反应的G-ξ曲线示意图
称为摩尔反应吉布斯函数变。 3.化学反应的等温方程
对理想气体间的化学反应
0???BBB,任一组分的化学势为
θ?B??θB?RTln(pB/p)
θ?rGm???B?θ??RTln(p/p)?BBBBB则
θθ?rGm??rGm?RT?ln(pB/p)?B θ?rGm??rGm?RTln?(pB/pθ)Bθ?rGθ????BBmB?B
式中,称为标准摩尔反应吉布斯函数变;
Jp???pBpθ?B?B,称为反应
的压力商,其单位为1。此式适用理想气体或低压下真实气体,在T,p及组成一定,反应进度为1 mol时的吉布斯函数变的计算。
理想气体化学反应的等温方程:
θ?rGm??rGm?RTlnJp
5.2理想气体化学反应的标准平衡常数 1.标准平衡常数
标准平衡常数表达式 式中peqB为参加化学反应任一组分
eqKθ??pBpθB???BB的平衡分压力,νB为B的化学计量数。Kθ量纲为1。
若已知平衡时参加反应的任一种物质的量nB,摩尔分数yB,系统的总压力p,也可采用下式计算K:
θK??nB?pBθ?B??pθ?nB????BθB??y??pp??BB??B
?nB式中
为系统中气体的物质的量之和,
和。此式只适用于理想气体。
标准平衡常数定义式
??B为参加反应的气态物质化学计量数的代数
θ mlnKθ???rGRT
θθK?exp(??GRT) rm或
上式不仅适用于理想气体,也适用于高压下真实气体、液态混合物及液态溶液中的化学反应。但后三者的标准平衡常数不是压力商。
θA???G??RTln(Jp/K)rm在恒温恒压下, θJp?K当θJp?K当θJp?K当
时,A > 0,反应可自发进行; 时,A = 0,反应达到平衡;
时,A < 0,反应不能自发进行(逆向可自发进行)。
θθK?G对于同一化学反应,化学计量式不同,组分的化学势不同,则rm不同,因而
也不同。故只给出标准平衡常数而不写出化学计量式是没有意义的。 2.有纯态凝聚相参加的理想气体化学反应
eqKθ??(pB(g)/pθ)B(g)?B(g)
当有凝聚相参加反应时,在平衡常数的表示式中均不出现凝聚相。上述结论只限于各凝聚相处于纯态者。若有固溶体或溶液生成,因μB不仅与T,P有关,而且还与所生成的固溶体的浓度因素。
3.相关化学反应标准平衡常数间的关系
如: C(s)+O2(g)→CO2(g) (1) CO(g)+1/2O2(g)→CO2(g) (2)
C(s)+1/2O2(g)→CO(g) (3)
因为(1)-(2) = (3) ,所以
θθθ?rGm,3??rGm,1??rGm,2
θθ?G??RTlnK根据各反应的rm,就可求出相关反应的平衡常数之间的关系。
θθθK3?K1/K2
4.标准平衡常数的测定
(1)物理方法
通过体系物理性质的测定求出体系平衡时各物质的浓度,一般都是取体系的物理性质与浓度成正比的函数,如折光率、电导率、光吸收强度、体积、压力等。其优点是:不干扰体系。
(2)化学方法
利用化学分析的方法可测定平衡体系中各物质的浓度,但加入试剂往往会扰乱平衡,使所测得的深度并非平衡时的真正浓度。因此,必须设法在进行分析前就使平衡“冻结”,如:骤然冷却、除去催化剂使反应“停止”、用溶剂把溶液冲稀等。
平衡组成的特点:
(1)体系若已达平衡,则在外界条件不变的情况下,无论再经历多长时间,体系中各物质的浓度均不再改变。(2)从反应物开始正向进行反应,或者从生成物开始向进行反应,在达到平衡后,所得到的平衡常数应相等。(3)任意改变参加反应各物质的最初浓度,达平衡后所得到的平衡常数相同。 5.平衡组成的计算
转化率是指实际情况下,反应结束后反应物转化的百分数。平衡转化率或最高转化率:是平衡后反应物转化为产品的百分数。由于实际情况不能达到平衡,所以实际的转化率常低于平衡转化率,而转化率的极限就是平衡转化率。
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