物理化学核心教程05 化学平衡.ppt

1、电子教案，物理化学核心课程，第5章化学平衡，第5章化学平衡，5.1化学反应等温公式，5.2标准平衡常数，5.3标准平衡常数的测量与计算，5.4各种因素对化学平衡的影响，5.1化学反应等温公式，1。化学反应概述，2。化学反应的方向和极限。化学反应的等温公式，5.1。本章研究的化学反应体系的特征，1 .封闭系统，2。无非膨胀工作，3。反应前后的物质平衡，即化学平衡的特征和微观特征，2。正向反应速率等于反向反应速率，3。动平衡，1。参与反应的每种物质的量不再随时间而变化，5.1.2根据多组分体系的热力学，在等温和等压条件下，根据反应进程的定义，代入上述公式，得到，5.1.2化学反应的方向和极限，位移

2、项，和得到，这时，(a)和(b)是完全等价的，适用于等温和等压的没有非膨胀功的封闭体系，并且参与反应的每种物质的化学势保持不变，三个标准是完全等价的。反应自发地向左进行，趋向平衡，吉布斯自由能和与化学反应方向和极限的关系，以反应物的化学势高于产物为判据，反应自发地向右进行，趋向平衡，反应物的化学势低于产物的化学势，反应自发地向左进行，趋向平衡。5.1.2化学反应的方向和极限，以反应自发向右、趋于平衡、自发向左、趋于平衡并达到平衡为标准，5.1.3化学反应的等温公式，1。理想气体混合物反应系统。众所周知，该体系任意组分的化学势表达式为，代入计算公式，制，5.1.3化学反应等温公式，代入这是理想气

3、体混合物体系的化学反应等温公式，称为化学反应的标准摩尔吉布斯自由能变化值。像标准化学势一样，它只是温度的函数，称为压力商，由参与反应的气体压力决定。如果它是已知的，就可以通过计算来判断反应的方向和极限。5.1.3除非系统处于标准配置，否则不能用化学反应的等温公式来判断反应的方向和极限。只能用来判断反应的方向和极限，当它是绝对值较大的负数时，它基本上决定了正负符号，这可以用来近似地判断反应的方向和极限。可以用来估计反应的方向和极限。，5.1.3化学反应等温式，如果它是非理想气体混合物反应体系，已知该体系任何组分的化学势表达式是，通过使用类似的方法，5.1.3化学反应等温式，2。理想的液体混合物反

4、应体系，已知体系中任何组分的化学势都可以近似表示为取代的计算公式，即理想液体混合物体系的化学反应等温公式，5.1。如果是一个非理想的液体混合物反应体系，只要相对活性取代浓度，化学反应等温式就有类似的形式。如果是已知的或计算出来的，就可以根据反应来计算，从而可以用来判断反应的方向和极限。对于溶剂不参与反应的非理想稀溶液体系，化学反应等温公式为：5.2标准平衡常数，1 .标准平衡常数的定义，2 .气相反应的标准平衡常数，3 .液相反应的标准平衡常数，4 .有凝聚相参与的气相反应的标准平衡常数，5 .平衡常数值与化学反应公式的关系，5.2.1标准平衡常数的定义，对于任何不做非膨胀功的化学反应， 标准

5、平衡常数定义为化学反应的标准平衡常数，适用于任何阶段的化学反应，包括电解质溶液的反应。 它与标准构型化学势有关，因此它与各种物质的性质和标准构型的选择有关。它只是温度的函数，压力被指定为标准压力，它是一维的量，其单位是气相反应的1，5.2.2标准平衡常数。当理想气体混合物反应体系达到平衡时，代入标准平衡常数的定义公式，在等温、等压和无膨胀功的条件下，得到5.2.2气相反应的标准平衡常数。理想气体混合物反应体系是理想气体混合物反应体系的标准平衡常数，它只是温度的函数，压力被指定为标准压力，在“压力商”外的下标“E”表示是，下标“p”表示“压力商”，它不同于其它标准平衡常数、5.2.2气相反应的标

6、准平衡常数和理想气体混合物反应体系。当达到平衡时，这个公式将两个重要的物理量联系在一起，可以用于任何化学反应，包括电解质溶液反应。5.2.2气相反应的标准平衡常数，理想气体混合物反应系统，因为，通过代入理想气体混合物化学反应的等温方程，可以得出反应自发地向右进行，趋于平衡，自发地向左移动，并达到平衡。如果，5.2.2气相反应的标准平衡常数，对于非理想气体混合物反应体系，用气体混合物化学反应的等温方程代替。只要用逸度代替压力，就可以得到类似的结果。5.2.3液相反应的标准平衡常数，当理想的液体混合物反应体系达到平衡时，用标准平衡常数的定义公式代替。在等温、等压和无膨胀功的条件下，得到了化学反应等

7、温式。5.2.3液相反应的标准平衡常数，理想的液体混合物反应体系是理想的液体混合物反应体系。摩尔分数的下标“E”表示处于平衡状态的每种物质的摩尔分数，下标“X”表示混合物的组成以摩尔分数表示，这不同于其他平衡常数。它是维度1的数量，单位是1，5.2.3。如果反应在理想的稀溶液中进行，则假定溶剂不参与反应，并且忽略了压力对冷凝系统的影响。当溶质浓度用摩尔浓度表示时，当溶质浓度用物质浓度表示时，5.2.3液相反应的标准平衡常数，当溶质浓度用摩尔浓度表示时，当溶质浓度用物质浓度表示时，如果溶质行为偏离亨利定律，用相应的活度代替浓度，标准当量凝聚态物质的标准构型是什么？凝聚相是指液相或固相，物质的纯态

8、是标准构型。忽略压力对凝聚物的影响，有：5.2.4气体与凝聚物反应的平衡常数，让气相成为单一的理想气体，并有一个多相反应体系；5.2.4气体与凝聚态物质反应的平衡常数，当达到平衡时，根据平衡常数的定义，多相化学反应的平衡常数只与气体反应物有关，称为碳酸钙的离解压力。5.2.4气相与冷凝相反应的平衡常数，让气相成为理想的气体混合物，因为，因此，压力被称为氯化铵的离解压力，5.2.5平衡常数值与化学反应公式的关系，让下面的化学反应方程式以两种方式写成，当反应进程为1摩尔时，那么，因为，该值与方程式的书写有关，5.3标准平衡常数的测量和计算，1。标准平衡常数的测定。用热力学方法计算标准平衡常数。平衡

9、转化率和平衡组成的计算。经验平衡常数，5.3.1标准平衡常数的测定，达到平衡时反应体系的特征，(1)保持反应条件不变，体系组成不再随时间变化，(2)在恒温下，反应从正向或反向达到平衡。(3)在相同的反应条件下，改变原料配比，保持平衡常数值不变，5.3.1测量标准平衡常数，并测量反应体系达到平衡时的压力或浓度，(1)物理方法，直接测量与浓度或压力、体系体积、电导率、旋光、定量色谱、定量核磁共振谱等线性相关的物理量。(2)化学方法，在分析过程中，尽量使反应保持在原来的平衡状态，然后用适当的化学分析方法来分析平衡的组成。折射率，密度，吸光度，颜色，5.3.2用热力学方法计算标准平衡常数。根据这个公式

10、，只要用热力学方法计算，就可以得到这个值。计算方法如下：1 .根据吉布斯自由能的定义公式可知，在恒温和标准压力下，当反应进程为1摩尔时，存在。从热力学数据表中可以看出：5.3.2用热力学方法计算标准平衡常数，计算方法如下：2 .计算标准摩尔产生的吉布斯自由能，标准摩尔是一个相对标准，相对于在温度t和标准压力下，由稳定的单质生成具有计量系数的产品B时吉布斯自由能的变化值。温度t是反应温度，通常298 K的数据可以在表中找到。定义：5.3.2用热力学方法计算标准平衡常数，计算方法：实验中测定困难且容易。从容易确定的反应用热力学方法计算标准平衡常数，5.3.2计算方法：4。可逆电池的计算方法从可逆电

11、极的标准电极电位，可以计算出电池的标准电动势，从而可以得到标准平衡常数，或者5.3.3平衡转化率和平衡组成的计算，什么是平衡转化率？当反应达到平衡时，从反应物转化为产物的物质的量与投入反应物的物质的量之比，或分别称为反应物甲或乙的平衡转化率，5.3.3平衡转化率和平衡组成的计算，催化剂对平衡转化率的影响，催化剂不影响平衡转化率，它催化正反应和反反应，并缩短达到平衡的时间。工业生产的实际转化率和均衡转化率是理论转化率，大于工业生产的实际转化率。为了提高单位时间的产率，在达到平衡之前停止反应，然后通过反应物转化为产物的物质的量与am的比率由于反应体系可以是气相反应或液相反应，反应物或产物的含量可以

12、用不同的浓度来表示，所以有不同的经验平衡常数，如5.3.4经验平衡常数，它们不同于标准平衡常数，它们之间没有关系式，与标准构型的选择无关。如果，经验平衡常数的单位不等于1。经验平衡常数有时与压力有关。它只能从实验数据中获得，不能用热力学数据表计算。5.4各种因素对化学平衡的影响，1。温度对化学平衡的影响。压力对化学平衡的影响。惰性气体对化学平衡的影响，5.4.1温度对化学平衡的影响的性质，温度的影响值和总和，因此，温度将影响化学平衡常数的值。范特霍夫导出了温度和平衡常数之间的定量关系。5.4.1温度对化学平衡的影响，他和奥斯特瓦尔德创办了第一份物理化学杂志，万特霍夫(18521911)荷兰化学

13、家获得了1901年的第一个诺贝尔化学奖，并首次提出碳原子具有正四面体构型，这明确了有机物光学异构的原因，开辟了立体化学的新领域。他研究了质量作用定律，发展了现代溶液理论，并用相定律研究了盐的结晶过程。他将热力学应用于化学平衡，并在现代化学中提出了亲和力的概念。5.4.1温度对化学平衡的影响，vant Hoff公式的推导，根据热力学基本公式，方程的两边除以t，方程的左边是一个复合函数的偏微分，这是vant Hoff公式的微分公式。1.对于吸热反应，平衡常数随着温度的升高而增大。升高温度有利于吸热反应。2.对于放热反应，平衡常数随着温度的升高而降低，这不利于放热反应。5.4.1温度对化学平衡的影响

14、设定在一定的温度范围内，这是范特霍夫公式的定积分公式，与温度无关。在温度范围内，微分公式被积分得到5.4.1化学平衡温度2。根据两种温度下反应的平衡常数，计算出反应的摩尔焓变化。3.已知反应的摩尔焓变化，由一个温度下的平衡常数值计算另一个温度下的平衡常数值。5.4.2压力对化学平衡的影响，压力对标准平衡常数的值没有影响，因为标准平衡常数只是温度的函数，压力对凝聚相反应的影响很小，可以忽略不计。压力只影响气体物质参与的反应的平衡组成，反应前后气体分子的数目不同。假设气体是混合理想气体，用道尔顿分压定律代替。5.4.2压力对化学平衡的影响。如果反应后气体分子的数量增加，该值应保持不变并变小。增加总压不利于增加气体分子数的反应，增加总压会使产物的摩尔分数变小。5.4.2压力对化学平衡的影响。如果反应后气体分子的数量减少，该值应保持不变并变大。增加总压有利于减少气体分子数量的反应。5.4.2压力对化学平衡的影响，如果反应前后气体分子的数量不变，改变总压力对反应没有影响，反应前后气体分子的数量不变。5.4.3惰性气体对标准平衡常数值没有影响，因为标准平衡常数只是温度的一个函数，惰性气体只影响与气态物质反应的平衡组成，而不参与反应的气体称为惰性气体，5.4.3惰性气体对化学平衡的影响，如果反应后气体分子的数量增加，保持该值不变并增加，并加上iner增加惰性