物理化学-第5章-化学平衡课件

物理化学电子教案—第五章物理化学电子教案—第五章研究化学平衡的目的及本章内容目的：找出反应体系达到平衡时温度、压力与各种物质的量及浓度的关系，从而指导工业生产。本章内容：应用热力学第二定律的一些结论处理化学平衡问题，同时讨论平衡常数的测定以及计算方法。另外，研究温度、压力、惰性气体等因素对化学平衡的影响。研究化学平衡的目的及本章内容目的：找出反应体系达到平衡时温度第一节化学反应的方向和限度封闭体系中，当体系内发生了微小的变化时，体系内各物质的量相应地有微小的变化。若体系在变化过程中不做非体积功，则体系的吉布斯自由能变化为：若反应在等温等压下进行，则：第一节化学反应的方向和限度封闭体系中，当体系内发生了微小的根据反应进度的定义,则有代入得，或根据反应进度的定义,则有代入得，或当为1mol变化时，体系的自由能变化为当为微小变化时，体系的自由能变化为物理意义：在等温等压，且保持各物质的化学势不变的条件下，在一巨大的体系中进行一个单位的化学反应时，体系的吉布斯自由能增量，表示为，称为反应的吉布斯自由能变。当为1mol变化时，体系的自由能变化为当当化学反应在等温等压下进行时，可用反应的吉布斯自由能变化来判断反应过程进行的方向：(1)若，即，此时反应物化学势的总和大于产物的总和，则化学反应将自发地由左向右进行；(2)若，即，此时反应物化学势的总和小于产物的总和，则化学反应将自发地由右向左进行；(3)若，即，此时反应物与产物的化学势相等，反应体系达到平衡状态；正向与逆向的反应速率相等，宏观上体系的组成不变。此时体系的吉布斯自由能最小，体系处于最稳定的状态。当化学反应在等温等压下进行时，可用反应的吉布斯(1)若化学反应的方向与限度用 判断，这相当于 图上曲线的斜率，因为是微小变化，反应进度处于0~1mol之间。反应自发向右进行，趋向平衡反应自发向左进行，趋向平衡反应达到平衡化学反应的方向与限度用 判断，这相当于 图上曲化学反应的方向与限度化学反应的方向与限度第二节理想气体反应等温式与平衡常数对于等温等压下的理想气体反应：在反应进行1mol变化时，体系的自由能变化是理想气体任意组分B化学势的表达式：第二节理想气体反应等温式与平衡常数对于等温等压下的理想气体将化学势表示式代入 的计算式，得：令：

称为化学反应标准摩尔Gibbs

自由能变化值，只是温度的函数。压力商理想气体反应等温式将化学势表示式代入 的计算式，得：令：称为化理想气体反应等温方程式这就是理想气体反应等温方程式。恒T、p下理想气体反应：理想气体反应等温方程式这就是理想气体反应等温方程式。恒T、p则:化学反应的等温方程一般系统各组分化学势:因：定义:活度商一般化学反应的等温方程则:化学反应的等温方程一般系统各组分化学势:因：定义:活度商标准平衡常数由平衡条件，理想气体反应反应达平衡时：定义：为标准平衡常数可知:等温方程也可写：K°＝f(T),即T一定时K°为常数；标准平衡常数由平衡条件，理想气体反应反应达平衡时：定义：为用化学反应等温式判断反应方向对理想气体反应向右自发进行反应向左自发进行反应达平衡用化学反应等温式判断反应方向对理想气体反应向右自发进行反应向K°的数值与计量式的写法有关所以在给出化学反应标准平衡常数时，应当写出对应的化学反应计量式。K°的数值与计量式的写法有关所以在给出化学反应标准平衡常数时显然，化学反应方程中计量系数呈倍数关系，的值也呈倍数关系，而值则呈指数的关系。显然，化学反应方程中计量系数呈倍数关系，相关化学反应标准平衡常数之间的关系当几个不同化学反应具有加和性时，这些反应的也具有加和关系。而K0具有乘积关系。例：1）C(s)+O2=CO2(g)2)CO(g)+0.5O2=CO2(g)CO2(g)+C(s)=2CO(g)因为，(3)=(1)-2(2)，所以于是：相关化学反应标准平衡常数之间的关系当几个不同化学反应具有加和含“纯凝聚态物质＋理想气体”的化学反应对纯凝聚态物质（纯液态或纯固态物质）：在常压下

B

B

进入⊿rGm

=

B

B

B

，而在K

与Jp

中，并不出现凝聚态物质。例如反应:C(s)+0.5O2=CO(g)：

即：K

表达式中不含有凝聚态物质．含“纯凝聚态物质＋理想气体”的化学反应对纯凝聚态物质（纯液态一定温度下CaCO3(s)分解反应达平衡时，p(CO2,g)压力为定值一定温度下CaCO3(s)分解反应达平衡时，p(CO2,g)分解压—一定温度下分解反应达平衡时,气体的压力分解温度—分解压为101.325kPa时的温度对于“纯凝聚相+理想气体”系统的化学反应,其K°的表达式中,只保留各气体的分压含“纯凝聚态物质＋理想气体”的化学反应分解压—一定温度下分解反应达平衡时,气体的压力对于“纯凝聚相例1:700℃时,反应:Fe(s)+H2O(g)=FeO(s)+H2(g)的K°=2.35(1)如果总压为101.325kPa,用等物质的量的H2O(g)和H2(g)

的混合气体处理FeO(s),能否将其还原为Fe(s)?(2)如果H2O(g)和H2(g)的混合气总压仍为101.325kPa,欲使

FeO(s)能被还原,H2(g)的分压至少应为多少?解：例1:700℃时,反应:Fe(s)+H2O(g)=FeO(s22理想气体反应平衡常数的不同表示法

气体混合物的平衡组成可用分压pB

、浓度cB

、摩尔分数yB或物质的量nB等来表示，相应地平衡常数也有不同的表示方法：22理想气体反应平衡常数的不同表示法气体混合23因所以p为总压，而nB中也包括系统中不参加反应的惰性物质23因所以p为总压，而nB中也包括系统中不参加反应的惰性物24

如何用热力学方法计算的问题，实际上是如何用热力学方法计算的问题，归纳起来有三种。计算

由可知，平衡常数一方面与热力学函数相联系，另一方面与反应系统中的平衡组成相联系。所以既可通过计算，也可通过测定平衡组成计算，进而计算。1.及的计算（1）通过化学反应的和来计算

式中：24如何用热力学方法计算的问题，实际上是如何25（2）通过来计算

如前所述，如果一个反应可由其它反应线性组合得到，那么该反应的也可由相应反应的线性组合得到。（3）通过相关反应计算

25（2）通过来计算如前所述，如果一个反应可由化学平衡的影响因素化学平衡在温度，压力，组成等条件恒定时，平衡状态不变化。若改变条件，旧平衡就被破坏，在新条件下建立起新的平衡。由于条件改变，系统从一个平衡状态变到另一个平衡状态的过程称为平衡移动。影响平衡移动的主要因素有温度、压力、浓度及惰性气体组分含量等化学平衡的影响因素化学平衡在温度，压力，组成等条件恒定时，平温度变化对化学平衡的影响是参加反应的各物质均处于标准状态的等压反应热。讨论：1.对于吸热反应，随温度上升而增大，升高温度对正向反应有利。2.对于放热反应，随温度上升而减小，升高温度对正向反应不利。van’tHoff

公式的微分式温度变化对化学平衡的影响是参加反应的各物质均处于标准状态的对在T1和T2区间作定积分，得讨论1.若已知反应的和某温度T1的,可求得任一温度T2时的

2.若已知两个温度时的,便可求得若温度区间不大，可视为常数，得定积分式为：对在T1和T2区间作定积分，得讨例已知下列反应：CO(g)+H2O(g)==CO2(g)+H2(g)ΔrH

m=﹣37.9kJ·mol-1，700K时的K

1

=9.018，求800K时的K

2。解：

K800=4.00例已知下列反应：解：K800=4.0030其它因素对理想气体反应平衡移动的影响

温度：改变标准平衡常数K

而影响平衡。1.压力对理想气体反应平衡移动的影响

温度一定时，总压p改变对K

无影响但对Ky

有影响

其它因素：压力、惰性气体等:不能改变K

但对于气体化学计量数代数和

B0的反应，能改变其平衡转化率。30其它因素对理想气体反应平衡移动的影响温度：改变标31温度一定，一定

B(g)

=

0时，p对Ky无影响，故对平衡无影响。

例：CO(g)+H2O(g)==H2(g)+CO2(g)

B(g)

>

0时，p

，Ky

，平衡向左移动；例：C(s)+CO2(g)==2CO(g)

B(g)

<

0时，p

，Ky

，平衡向右移动；例：N2(g)+3H2(g)==2NH3(g)结论：加压对气体物质的量减小（

B(g)<

0）的反应有利，减压对气体物质的量增加（

B(g)>

0）的反应有利。31温度一定，一定B(g)=0时，p对Ky322.惰性组分对平衡移动的影响恒温恒压下的反应，恒定、总压p保持不变，加入惰性气体，将使系统中总的物质的量

nB变大。

B(g)

0时加入惰性气体，nB

，Kn

，平衡向右移动；

B(g)

0时

加入惰性气体，nB

，Kn

，平衡向左移动。结论：加入惰性气体，相当于系统总压降低，对气体物质的量增加（

B(g)

0）的反应有利。322.惰性组分对平衡移动的影响恒温恒压下的反应，333.增加反应物的量对平衡移动的影响

对于有不止一种反应物