物理化学教学课件：第5章 化学平衡1

1、第五章 化学平衡Chemical Equilibria5-1 引 言Introduction 化学平衡: 系统中反应物和产物的种类和数量宏观上不随时间改变。 经验: 对一个化学平衡的系统，将系统中反应物和产物的浓度性质以一定方式组合，是一个仅与温度和反应系统本性有关的常数，称为平衡常数。 热力学: 从理论上研究平衡时温度、压力与系统组成的关系。判断反应的方向与限度；建立由热性质数据计算平衡常数的方法。理想气体反应定义单位影响因素，即压力、温度、组成对它的影响各平衡常数之间的相互关系5-2 标准平衡常数Standard Equilibrium Constant 0；未达到平衡量纲为一仅决定于反应

2、本性和温度的不同取法也会影响 的数值1.标准平衡常数(standard equilibrium constant )2. 标准摩尔反应吉氏函数(standard molar Gibbs function of reaction)def3. 的数值与计量方程的关系(relation between the value of and stoichiometric equation)3. 的数值与计量方程的关系(relation between the value of and stoichiometric equation)5-3 气相化学反应Gaseous Chemical Reactions1

3、.实际气体化学反应(real-gas chemical reactions)量纲为一的值决定于反应本性和温度以及 的选取= 01.实际气体化学反应(real-gas chemical reactions)以逸度表示的平衡常数def只决定于反应本性和温度，与总压以及各物质的平衡组成无关，也不受 选取的影响1.实际气体化学反应(real-gas chemical reactions)了解一下：为什么 Kf 不依赖于 的选取？逸度因子的组合不仅决定于反应本性和温度，还依赖于压力和组成1.实际气体化学反应(real-gas chemical reactions) 的 （ 450）p / MPa1.01

4、3.045.0710.130.4Kp/ 105kPa16.606.676.817.168.72=6.46105kPa1。可见只有当压力很低时， 。 1.实际气体化学反应(real-gas chemical reactions)2.理想气体化学反应(ideal-gas chemical reactions)2.理想气体化学反应(ideal-gas chemical reactions)当 时，以浓度表示的平衡常数只决定于反应本性和温度，与总压以及各物质的平衡组成无关，也不受 选取的影响对于理想气体：2.理想气体化学反应(ideal-gas chemical reactions)3.平衡常数的应用

5、(applications of equilibrium constant)（1）计算理论转化率(a )转化率是原料中某一物质反应后转化了的分数数量比所有物质总量，无论是否参与反应解：平衡(1-)mol3(1-)mol2mol初始1mol3mol0例1 已知反应 在400、30.4MPa时Kp=18.110-5kPa-1，原料气中N2与H2的物质的量之比为1:3，试求N2的理论转化率与平衡时NH3的摩尔分数。初始1mol3mol0平衡(1-)mol3(1-)mol2mol解：例1 已知反应 在400、30.4MPa时Kp=18.110-5kPa-1，原料气中N2与H2的物质的量之比为1:3，试

6、求N2的理论转化率与平衡时NH3的摩尔分数。例2 ，200时, =0.24010-3 kPa-1,求该温度下压力为3.45MPa时的 ,并计算乙烯与水蒸气配料比为1:1(物质的量之比)时,乙烯的平衡转化率。设混合气各组分的逸度因子与组成无关，并已求得200，3.45MPa时纯C2H4、C2H5OH、H2O的逸度系数分别为0.963、0.378、0.644。解：初始1molmol0平衡(1-)mol (1-)molmol解：初始1molmol0平衡(1-)mol (1-)molmol例2 ，200时, =0.24010-3 kPa-1,求该温度下压力为3.45MPa时的 ,并计算乙烯与水蒸气配料

7、比为1:1(物质的量之比)时,乙烯的平衡转化率。设混合气各组分的逸度因子与组成无关，并已求得200，3.45MPa时纯C2H4、C2H5OH、H2O的逸度系数分别为0.963、0.378、0.644。（2）计算总压、配料比、惰性气体对平衡的影响3.平衡常数的应用(applications of equilibrium constant)了解一下：压强和惰性气体影响反应平衡的证明了解一下：压强和惰性气体影响反应平衡的证明总压对平衡的影响了解一下：压强和惰性气体影响反应平衡的证明用数学归纳法证明其大于零了解一下：压强和惰性气体影响反应平衡的证明n 惰 = 0了解一下：压强和惰性气体影响反应平衡的证

8、明惰性气体对平衡的影响前面的计算中，n惰为常数，压力是变量，现在压力不变，而n惰是变量，x依赖n惰了解一下：压强和惰性气体影响反应平衡的证明例3 已知乙苯脱氢制苯乙烯反应C6H5C2H5=C6H5C2H3+H2在527oC时Kp=4.750kPa,试计算乙苯的理论转化率(1)压力为101.325kPa;(2)总压降为10.13kPa;(3)在原料气中掺入水蒸气，C6H5C2H5 与H2O的数量比为1:9,总压仍为101.325kPa。解：初始1mol00平衡(1-)mol molmol(1)例3 已知乙苯脱氢制苯乙烯反应C6H5C2H5=C6H5C2H3+H2在527oC时Kp=4.750kPa,试计算乙苯的理论转化率(1)压力为101.325kPa;(2)总压降为10.13kPa;(3)在原料气中掺入水蒸气，C6H5C2H5 与H2O的数量比为1:9,总压仍为101.325kPa。解：初始1mol0平衡(1-)mol molmol(2)例3 已知乙苯脱氢制苯乙烯反应C6H5C2H5=C6H5C2H3+H2在527oC时