普通化学课件(地质工程)-2.5 化学反应的限度

1,2017/12/29,1. 化学平衡 对于可逆反应 当G = 0 时，化学反应即达到平衡状态。 平衡是动态的、相对的、暂时的、有条件的，而不平衡是绝对的、 永恒的 。,2.5.1 化学平衡与平衡常数,2.平衡常数 因为 rGm (T）rGm (T）+ RT ln Q 平衡时 rGm (T） 0 即 rGm (T）+ RT ln Q eq = 0 令 K = Q eq 则 rGm (T）= RT ln K K 标准平衡常数、平衡常数 使用K 的表达式时应注意的问题 ：,2,2017/12/29, 平衡常数反应了某一个化学反应进行完全的程度，数值越大，说明反应进行得越完全。 平衡常数可由实验的方法测定。即：当反应达到平衡后，分别测出各反应物质的分压（或浓度），再计算出平衡常数的数值。 在同一温度下，平衡常数的数值，不随压力（浓度）的变化而改变，是一个定值（常数）。 平衡常数与反应的标准摩尔吉布斯自由能相关，是化学反应的热力学性质之一。,注意要点：,3,2017/12/29,小结：1.化学反应方向的普遍判据 吉布斯-亥姆霍兹方程： 等温下： rG(T ) r H (T )Tr S (T ) 式中： G = H T S 化学反应方向的普遍判据： 等温等压下,4,2017/12/29,2、标准摩尔吉布斯函数变rGm (T )及其计算方法（1）：方法（2）rGm (T)rHm (298.15K)TrSm(298.15K),3.任意状态（非标准态）下反应的摩尔吉布斯函数变rGm (T )的计算 范特荷夫等温方程：,rGm (T）rGm (T）+ RT ln Q Q 反应商对于下列一般反应 aA + bB = gG + dD,5,2017/12/29,4.化学反应限度：,平衡常数 因为 rGm (T）rGm (T）+ RT ln Q 平衡时 rGm (T） 0 即 rGm (T）+ RT ln Q eq = 0 令 K = Q eq 则 rGm (T）= RT ln K K 标准平衡常数、平衡常数 使用K 的表达式时应注意的问题 ：,6,2017/12/29,K的意义：其大小可以表示反应能进行的程度，某反应的K越大， 反应进行得越完全。 计算： 1）反应达平衡时的平衡组成 2）平衡转化率计算某反应物的转化率：指该反应物已转化了的量占其起始量的百分率,3.平衡常数的应用,例2-9,2.5.1 化学平衡与平衡常数,例2-10,7,2017/12/29,2.5.2 化学平衡的移动,化学平衡的移动，实际上是体系条件改变后，再一次考虑化学反应的方向和限度问题。 因为 rGm (T）rGm (T）+ RT ln Q RT ln K + RT ln Q RT ln (Q/ K ) 当,平衡时，K = Q，但当浓度、压力、温度等外界因素改变时，将使 K Q，而导致平衡发生移动,8,2017/12/29,1. 浓度的影响 浓度改变并不改变 K ，但却改变 Q 使K Q ，平衡发生移动 对于已达平衡的反应体系，如果增加反应物的浓度或减少生成物的浓度，则Q 减小，使 Q K ，平衡向正反应方向移动，直至Q重新等于K 又达到平衡; 如果降低反应物的浓度或增大生成物的浓度，则Q 增大，使Q K，平衡向逆反应方向移动，直至Q重新等于K 达到平衡;,2.5.2 化学平衡的移动,播放动画,9,2017/12/29,2. 压力的影响 与浓度的改变不同，压力的改变除改变某一气态物质的分压 外，往往是指体系总压力的改变，分不同的情况： n = 0 的情况 n 0 的情况,例2-11,播放动画,3. 温度的影响,与浓度和压力的影响不同，温度的改变，并没有改变Q，而引起 K 的改变，导致Q K ，平衡移动。 因为 rGm (T）= RT ln K rGm (T）rHm (298.15K） T rSm (298.15K） 所以 RT ln K rHm(298.15K） T rSm (298.15K）,播放动画,10,2017/12/29,温度对吸热及放热反应的不同影响结论：升高温度使平衡向吸热反应方向移动 降低温度使平衡向放热反应方向移动,例2-12,11,2017/12/29,4.化学平衡移动的原理,吕查德里原理: 若改变影响平衡的任一条件（如浓度、压力、温度），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。,2.5.2 化学平衡的移动,例题：已知：298K时，Ag2CO3(s), Ag2O(s), CO2(g)的fGm/ kJ .mol-1分别为 -437.1 ，-11.2 ，-394.3（1）计算反应Ag2CO3(s)=Ag2O(s)+CO2在 298K达到平衡时CO2的压力。（2）此温度下为了防止碳酸银分解，容器内 空气中CO2的压力分数不能低于多少？,12,2017/12/29,13,2017/12/29,小结:(1)rG(T)为T时化学反应的吉布斯函数变化学反应方向的普遍判据(2)标准摩尔吉布斯函数变rGm (T)及其计算 ;(3)范特荷夫等温方程(4) rGm 与rGm的关系 (5) rGm (T）= RT ln K (6)平衡常数的应用：平衡组成、转化率；(7)化学平衡的移动:温度、浓度、压力 ;,14,2017/12/29,对于下列一般反应 aA + bB = gG + dD,气体反应,溶液反应,平衡常数表达式,平衡时,任意时,15,2017/12/29,使用K 的表达式时应注意的问题, K 表达式中相关物质的浓度或分压均应以平衡时的数值代入。 计算K 时，应用有关组分气体的分压，可用道尔顿分压定律计算 K 的数值与温度有关，书写其表达式时应注明温度，用K (T)表示。 K 的数值也与化学方程式的书写有关 多重平衡规则：如果某个化学方程式由另外两个（或多个）化学方 程式相加（或相减）得到，则该反应的平衡常数等于这几个反应的 平衡常数的积（或商）。,16,2017/12/29,K的数值与化学方程式的书写有关,N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g) K 2NH3(g) = N2(g) + 3H2(g) K1 2N2(g) + 6H2(g) = 4NH3(g) K2 则 K = 1/ K1 K2 = (K )2,如两方程式相加得到一新方程式，则平衡常数则为相乘关系，如减则为相除，如乘以一系数则变成次方数再相乘或相除关系。,17,2017/12/29,多重平衡规则,18,2017/12/29,2.5.2 化学平衡的移动,压 力 的 影 响,对于下列一般反应 aA + bB = gG + dD 平衡后, 若n = 0 则 Q = K ， 平衡不移动 若n 0 当n 0时， Q K ，平衡逆向移动 当n 0时， Q K ，平衡正向移动结论：增大总压，平衡总是向气体分子数减少的方向移动； 反之，减小总压时，平衡向气体分子数增加的方向移动。,当总压增加为原来的两倍，则各物质的分压都相应增加为原来的两倍：x = 2,19,2017/12/29,温度对吸热及放热反应的不同影响,左移,右移,右移,左移,20,2017/12/29,例2-9,21,2017/12/29,解：r Hm (298.15 K) = BB f Hm (B, 298.15 K) = 62.3 kJmol1 rSm (298.15 K) = BB Sm (B, 298.15 K) = 94.39 Jmol1K1 rGm (298.15 K) = r Hm (B, 298.15 K) TrSm (298.15 K) = 62.3103 298.15 (94.39) = -34158 （Jmol1） rGm = -RTlnK K = 9.7 105,例2-9,22,2017/12/29,例2-10,在一个抽空的密闭容器中，于17时充入光气COCl2至压力为94659 Pa 。在此温度下光气不离解。将此密闭容器加热至500，容器中压力增高至267578 Pa。设光气等气体服从理想气体方程，试计算（1）500时光气的解离度；（2）500解离反应的标准平衡常数K 。（p =100 kPa）,解：（1） COCl2（g）= CO（g）+ Cl2（g） n0 0 0 n总=n0n0（1-）n0 n0 n总=n0(1+),（2）K = p/ p =0.00983, = 0.0605,23,2017/12/29,例2-11,C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g),对于上述反应，填下面的空格。,引入无关气体（保持总体积不变）,24,2017/12/29,C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g),对于上述反应，填下面的空格。,例2-11,25,2017/12/29,例2-12,反应C(s) + H2O(g) = H2(g) +CO(g) 在1000 K及1200 K时的K分别为2.472和37.55 ， 试计算在此温度范围内反应的平均标准摩尔焓及1100 K时的K 。,ln K (1100K) / 2.472 =,解：ln K (T2) / K (T1)= rHm / R , r Hm ,则 r Hm = 135.8 kJmol1 当T = 1100K时，,故 K (1100K) = 10.91,26,2017/12/29,吕查德里（Henri Louis Le Chatelier，18501936）,法国物理化学家。1850年10月8日生于巴黎。他先在巴黎洛林学院学习，后转到巴黎综合工科学校学习科学和工程。1875年毕业后任矿业工程师。1887年任矿业学校的矿物化学教授。1898年任法兰西学院矿物化学教授。1907年任法国矿业总监。1908年任巴黎大学教授。第一次世界大战期间曾任法国武装部长。1919年退休。 1884年吕查德里把范特霍夫的观察结果与热力学的卡诺定理联系起来，得到了化学平衡移动的普遍原理：平衡移