大學(xué)化學(xué) 03 化學(xué)反應(yīng)基本原理

1、第第2章章 化學(xué)反應(yīng)的基本原理與大氣污染化學(xué)反應(yīng)的基本原理與大氣污染內(nèi)容提要內(nèi)容提要 化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向(G(G判據(jù)及應(yīng)用判據(jù)及應(yīng)用) ) 化學(xué)反應(yīng)的程度化學(xué)反應(yīng)的程度(G(G及及K K計(jì)算及應(yīng)用）計(jì)算及應(yīng)用） 化學(xué)反應(yīng)的速率化學(xué)反應(yīng)的速率、速率方程和活化能、速率方程和活化能 大氣污染及其防治要求大氣污染及其防治要求 2.1 化學(xué)反應(yīng)的方向化學(xué)反應(yīng)的方向(direction)和吉布斯函數(shù)變和吉布斯函數(shù)變2.1.1 影響反應(yīng)方向的因素影響反應(yīng)方向的因素鐵在潮濕的空氣中銹蝕鐵在潮濕的空氣中銹蝕 在給定條件下能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)或過(guò)程叫在給定條件下能自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)或過(guò)程叫自發(fā)反應(yīng)自發(fā)反

2、應(yīng)或或自發(fā)過(guò)程。自發(fā)過(guò)程。自發(fā)過(guò)程的共同特征：自發(fā)過(guò)程的共同特征：a.具有單向性具有單向性(逆過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行）逆過(guò)程不能自發(fā)進(jìn)行）b.有一定的限度有一定的限度c.自發(fā)過(guò)程與條件有關(guān)自發(fā)過(guò)程與條件有關(guān)d.可用一定物理量判斷變化的方向和可用一定物理量判斷變化的方向和限度限度判據(jù)判據(jù)鋅置換硫酸銅溶液反應(yīng)鋅置換硫酸銅溶液反應(yīng)氣體向真空膨脹氣體向真空膨脹 p p 例如：例如：熱量從高溫物體傳入低溫物體熱量從高溫物體傳入低溫物體 T T 濃度不等的溶液混合均勻濃度不等的溶液混合均勻 c c 鋅片與硫酸銅的置換反應(yīng)等鋅片與硫酸銅的置換反應(yīng)等 GG 一百多年前，科學(xué)家經(jīng)過(guò)對(duì)一些反應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)：一百多年前，科

3、學(xué)家經(jīng)過(guò)對(duì)一些反應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)：H0 吸熱反應(yīng)往往不能自發(fā)進(jìn)行吸熱反應(yīng)往往不能自發(fā)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)反例：發(fā)現(xiàn)反例： 顯然，化學(xué)反應(yīng)的焓變僅是影響反應(yīng)方顯然，化學(xué)反應(yīng)的焓變僅是影響反應(yīng)方向的一個(gè)因素，但不能作為判據(jù)使用。向的一個(gè)因素，但不能作為判據(jù)使用。 還需引入其他的函數(shù)NH4Cl (s) NH4+(aq)+Cl-(aq)= 9.76kJmol-1rHm 一些自發(fā)進(jìn)行的物理過(guò)程，系統(tǒng)的勢(shì)能有自發(fā)變小的一些自發(fā)進(jìn)行的物理過(guò)程，系統(tǒng)的勢(shì)能有自發(fā)變小的傾向，或者說(shuō)傾向，或者說(shuō)系統(tǒng)傾向于取得最低的勢(shì)能。系統(tǒng)傾向于取得最低的勢(shì)能。 在化學(xué)反應(yīng)中同樣也伴有能量的變化，但情況要復(fù)雜在化學(xué)反應(yīng)中同樣也伴有能量的變化，但

4、情況要復(fù)雜的多。的多。吸熱，自發(fā)吸熱，自發(fā)許多自發(fā)過(guò)程有許多自發(fā)過(guò)程有混亂度增加混亂度增加的趨勢(shì)：的趨勢(shì)：1. 反應(yīng)的熵變（反應(yīng)的熵變（entropy changes） 氣體自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程氣體自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程 冰的融化冰的融化 建筑物的倒塌建筑物的倒塌 系統(tǒng)有趨向于最大混亂度的傾向，系統(tǒng)混亂度系統(tǒng)有趨向于最大混亂度的傾向，系統(tǒng)混亂度增大有利于反應(yīng)自發(fā)地進(jìn)行。增大有利于反應(yīng)自發(fā)地進(jìn)行。(1) 熵熵 S 熵是狀態(tài)函數(shù)熵是狀態(tài)函數(shù)定義：系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)微觀粒子的定義：系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)微觀粒子的混亂度（無(wú)序混亂度（無(wú)序 度）的量度度）的量度符號(hào)：符號(hào)：S單位：?jiǎn)挝唬?11KmolJ混合前混合前混合熵示意圖混合熵示意圖混

5、合后混合后思考思考：兩種氣體混合過(guò)程的熵變?nèi)绾?？?jī)煞N氣體混合過(guò)程的熵變?nèi)绾危縦 Boltzman常量常量(2) 玻爾茲曼玻爾茲曼Boltzmann公式公式 玻爾茲曼玻爾茲曼(Boltzmann L,1844-1906)奧地利物理學(xué)家?jiàn)W地利物理學(xué)家S = k ln Boltzmann公式將宏觀性質(zhì)與微觀狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)公式將宏觀性質(zhì)與微觀狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)（熱力學(xué)概率）（熱力學(xué)概率） 系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)越多，熱系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)越多，熱力學(xué)概率越大，系統(tǒng)越混亂，力學(xué)概率越大，系統(tǒng)越混亂，熵就越大。熵就越大。 內(nèi)容：內(nèi)容：在隔離系統(tǒng)隔離系統(tǒng)中發(fā)生的自發(fā)反應(yīng)必伴隨著熵的增加，或隔離

6、系統(tǒng)的熵總是趨向于極大值。這就是自發(fā)過(guò)程的熱力學(xué)準(zhǔn)則，也稱為熵增加原理熵增加原理。平衡狀態(tài)自發(fā)變化隔離隔離 0 0SS (3) 熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律-熵增加原理熵增加原理這就是隔離系統(tǒng)的熵判據(jù)。這就是隔離系統(tǒng)的熵判據(jù)。內(nèi)容：內(nèi)容： 純物質(zhì)的完美晶體在純物質(zhì)的完美晶體在0K時(shí)的熵值為零時(shí)的熵值為零 S0 (完美晶體，完美晶體，0 K) = 0(4) 熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律0 K稍大于稍大于0 K 能斯特能斯特Walther Nernst, 1864-1941，德國(guó)，德國(guó)(5) 標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵定義定義: 在某溫度在某溫度T和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，單位物質(zhì)的量的純和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，單位物質(zhì)的量

7、的純 物質(zhì)的物質(zhì)的規(guī)定熵規(guī)定熵稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵。稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵。TS，相態(tài)，Bm符號(hào)符號(hào): 11KmolJ單位單位: 0K15.298，aqHSm規(guī)定規(guī)定: 熵值計(jì)算的參考點(diǎn)：熵值計(jì)算的參考點(diǎn)： S (0 K) = k ln 1 = 0規(guī)定熵：從規(guī)定熵：從0K0K到到TKTK時(shí)某物質(zhì)的熵變。時(shí)某物質(zhì)的熵變。 關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵的一些規(guī)律關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵的一些規(guī)律:同一物質(zhì)，同一物質(zhì)，298.15K時(shí)：時(shí)： glsmmmSSS簡(jiǎn)單分子復(fù)雜分子SS 混合物或溶液的熵值比相應(yīng)純物質(zhì)的熵值大混合物或溶液的熵值比相應(yīng)純物質(zhì)的熵值大純物質(zhì)混合物SS 同一物質(zhì)，相同聚集狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)熵值隨溫度的升高而增

8、大同一物質(zhì)，相同聚集狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)熵值隨溫度的升高而增大 溫度和聚集狀態(tài)相同，分子或晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)大于溫度和聚集狀態(tài)相同，分子或晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)大于 簡(jiǎn)單的物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)熵簡(jiǎn)單的物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)熵 結(jié)論：對(duì)于物理和化學(xué)變化，一個(gè)導(dǎo)致氣體結(jié)論：對(duì)于物理和化學(xué)變化，一個(gè)導(dǎo)致氣體分子數(shù)增加分子數(shù)增加 的過(guò)程或反應(yīng)總伴隨著的過(guò)程或反應(yīng)總伴隨著熵值的增大熵值的增大低溫高溫SS(6) 化學(xué)反應(yīng)熵變化學(xué)反應(yīng)熵變r(jià) rS S的計(jì)算的計(jì)算 反應(yīng)的熵變等于反應(yīng)中各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵反應(yīng)的熵變等于反應(yīng)中各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵與化學(xué)計(jì)量系數(shù)與化學(xué)計(jì)量系數(shù)乘積之和乘積之和對(duì)于給定的反應(yīng)對(duì)于給定的反應(yīng):在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵變?cè)?/p>

9、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵變:),()(TSBSTSmBmrn)()()()(gdDsgGaqbBlaA r = g (G, s) + d (D, g) a (A, l) - b (B, aq) SmSmSmSmSm關(guān)于熵和熵變的幾點(diǎn)說(shuō)明：關(guān)于熵和熵變的幾點(diǎn)說(shuō)明：)()15.298(TSKSmrmrb. 非非0K時(shí)，任何單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)熵時(shí)，任何單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)熵不等于零不等于零，這與，這與指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零是不同的指定單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為零是不同的 c. 反應(yīng)的熵變基本不隨溫度而變反應(yīng)的熵變基本不隨溫度而變a. 是狀態(tài)函數(shù)其絕對(duì)值無(wú)法求得，但標(biāo)準(zhǔn)摩爾是狀態(tài)函數(shù)其絕對(duì)值無(wú)法求得，但標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵是

10、有具體的量值的熵是有具體的量值的定義：定義：G H - TS狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)函數(shù) 單位單位: kJmol-1 Gibbs函數(shù)函數(shù)Gibbs函數(shù)變函數(shù)變/吉布斯自由能變吉布斯自由能變對(duì)于等溫過(guò)程：對(duì)于等溫過(guò)程：G = H - TSrGm= rHmTrSm吉布斯等溫方程式，化學(xué)史上最重要最有用的方程式之一吉布斯等溫方程式，化學(xué)史上最重要最有用的方程式之一吉布斯吉布斯(Gibbs J W, 1839-1903)偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)教授偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)教授.1. 以以G為判斷標(biāo)準(zhǔn)為判斷標(biāo)準(zhǔn) 在恒溫恒壓條件下，對(duì)于一般反應(yīng)：在恒溫恒壓條件下，對(duì)于一般反應(yīng)： G 0 反應(yīng)是非自發(fā)的，能逆向進(jìn)行反應(yīng)是非自發(fā)的，能逆

11、向進(jìn)行G = 0 反應(yīng)處于平衡狀態(tài)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)反應(yīng)自發(fā)性的判斷標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)自發(fā)性的判斷標(biāo)準(zhǔn)（最小自由能原理）（最小自由能原理） a. 不做非體積功不做非體積功:)()()(TSTTHTGmrmrmrb. 存在非體積功存在非體積功:G w 自發(fā)過(guò)程自發(fā)過(guò)程G w 非自發(fā)過(guò)程非自發(fā)過(guò)程G =w 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)封閉系統(tǒng)所做的最大非體積功封閉系統(tǒng)所做的最大非體積功等于其吉布斯自由能的減少等于其吉布斯自由能的減少 - -G = - -wmax wmax表示最大電功表示最大電功HS自發(fā)進(jìn)行（自發(fā)進(jìn)行（G0）的條件）的條件-+任何溫度任何溫度+-不存在不存在+高溫高溫-低溫低溫溫度溫度T的影響可總結(jié)如下：

12、的影響可總結(jié)如下： 轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度 大多數(shù)反應(yīng)的大多數(shù)反應(yīng)的H和和 S是同號(hào)的，溫度對(duì)這類(lèi)的自是同號(hào)的，溫度對(duì)這類(lèi)的自發(fā)性有決定性影響，存在一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的最低或最高溫度發(fā)性有決定性影響，存在一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的最低或最高溫度轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度TcSHTc轉(zhuǎn)變溫度決定于反應(yīng)的本性轉(zhuǎn)變溫度決定于反應(yīng)的本性關(guān)于吉布斯等溫方程式的幾點(diǎn)說(shuō)明：關(guān)于吉布斯等溫方程式的幾點(diǎn)說(shuō)明： rSm量值很小量值很小, rGm(T) 與與rHm相近；計(jì)算相近；計(jì)算 時(shí)，應(yīng)注意時(shí)，應(yīng)注意單位的統(tǒng)一單位的統(tǒng)一；(2) 如果過(guò)程是如果過(guò)程是熵增熵增的，通過(guò)的，通過(guò)增加反應(yīng)溫度增加反應(yīng)溫度則一定則一定 能使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；能使反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行

13、； (3) rGm (T) 0吉布斯函數(shù)值減小，吉布斯函數(shù)值減小， G 0 1273K，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí): rGm (1273K)26.11kJmol-1 0 此條件下石灰石熱分解反應(yīng)非自發(fā)；此條件下石灰石熱分解反應(yīng)非自發(fā)； 此條件下石灰石熱分解反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行。此條件下石灰石熱分解反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行。 (4) 轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度Tc178.32Jmol-11000/160.59JmolK-11110.4K)K15.298()K15.298(mrmrSHTc化學(xué)平衡的熱力學(xué)標(biāo)志：化學(xué)平衡的熱力學(xué)標(biāo)志：2.2.1 反應(yīng)限度的判據(jù)與化學(xué)平衡反應(yīng)限度的判據(jù)與化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中各組分濃度與時(shí)間關(guān)

14、系圖化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中各組分濃度與時(shí)間關(guān)系圖什么是平衡狀態(tài)？什么是平衡狀態(tài)？2.2 化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行的程度和化學(xué)平衡化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行的程度和化學(xué)平衡0mrG化學(xué)平衡有以下幾個(gè)鮮明的特點(diǎn)：化學(xué)平衡有以下幾個(gè)鮮明的特點(diǎn)： 平衡組成與達(dá)到平衡的途徑無(wú)關(guān)平衡組成與達(dá)到平衡的途徑無(wú)關(guān) 客觀上，系統(tǒng)的組成不再隨時(shí)間而變客觀上，系統(tǒng)的組成不再隨時(shí)間而變 化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡化學(xué)平衡是動(dòng)態(tài)平衡 平衡是自發(fā)的平衡是自發(fā)的2.2.2 平衡常數(shù)和多重平衡規(guī)則平衡常數(shù)和多重平衡規(guī)則1. 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K和和Gp peqeq平衡時(shí)組分的分壓平衡時(shí)組分的分壓c ceqeq平衡時(shí)組分的濃度平衡時(shí)組分的濃度 實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)驗(yàn)

15、表明，在一定溫度一定溫度下，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)處于下，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)處于平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)時(shí)，以化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù)的各產(chǎn)物與各反應(yīng)物分壓或濃時(shí)，以化學(xué)計(jì)量數(shù)為指數(shù)的各產(chǎn)物與各反應(yīng)物分壓或濃度的乘積為一個(gè)常數(shù)，即平衡常數(shù)。度的乘積為一個(gè)常數(shù)，即平衡常數(shù)。pbadgKpppp(B)(A)(D)(G)eqeqeqeqcbadgKcccc(B)(A)(D)(G)eqeqeqeq Kp 與與 Kc 分別稱為壓力平衡常數(shù)與濃度平衡常數(shù)，分別稱為壓力平衡常數(shù)與濃度平衡常數(shù)， 稱稱為為實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)。(可能有量綱，為方便計(jì)算記成數(shù)值）可能有量綱，為方便計(jì)算記成數(shù)值）)()g()g()g(gdDgGbBaA對(duì)于一般化

16、學(xué)反應(yīng)式對(duì)于一般化學(xué)反應(yīng)式例如對(duì)于反應(yīng)例如對(duì)于反應(yīng)(石墨石墨)C+ CO2(g)2CO(g)ppppK/)CO(/)CO(2eq2eqBBB0vBeqBB/vppK標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K (簡(jiǎn)稱平衡常數(shù)簡(jiǎn)稱平衡常數(shù))。 對(duì)于理想氣體反應(yīng)系統(tǒng)：對(duì)于理想氣體反應(yīng)系統(tǒng)：%100該反應(yīng)物起始的量該反應(yīng)物已轉(zhuǎn)化的量某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率K 只是溫度的函數(shù)只是溫度的函數(shù)。 K 值越大，反應(yīng)進(jìn)行得越徹底，反應(yīng)值越大，反應(yīng)進(jìn)行得越徹底，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高：物的轉(zhuǎn)化率越高：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí) rGm(T) = 0，熱力學(xué)等溫方程式可寫(xiě)成：熱力學(xué)等溫方程式可寫(xiě)成：0)/(ln)()(BBeqBmrmr

17、vppRTTGTGKRTTGln)(mrRTTGK)(lnmr平衡常數(shù)平衡常數(shù)K和和G的關(guān)系的關(guān)系平衡常數(shù)與反應(yīng)商的關(guān)系：平衡常數(shù)與反應(yīng)商的關(guān)系：平衡常數(shù)是反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)商平衡常數(shù)是反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)商BBeqBppKn)/(BBBppQn)/(d. 由于平衡常數(shù)的表達(dá)式與反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)由于平衡常數(shù)的表達(dá)式與反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)有關(guān)，進(jìn)行平衡常數(shù)計(jì)算時(shí)，使用與反應(yīng)方程有關(guān)，進(jìn)行平衡常數(shù)計(jì)算時(shí)，使用與反應(yīng)方程式相應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式式相應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式關(guān)于平衡常數(shù)的幾點(diǎn)說(shuō)明：關(guān)于平衡常數(shù)的幾點(diǎn)說(shuō)明：a. K 是無(wú)量綱的量是無(wú)量綱的量b. K是溫度的函數(shù)是溫度的函數(shù)，與濃度、壓力無(wú)關(guān)，與濃度

18、、壓力無(wú)關(guān)c. K的含義是一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的含義是一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)可能進(jìn)行的的最大限度的量度最大限度的量度如果某個(gè)反應(yīng)可以表示為兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)的如果某個(gè)反應(yīng)可以表示為兩個(gè)或多個(gè)反應(yīng)的總和總和，則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各反應(yīng)平衡常數(shù)的則總反應(yīng)的平衡常數(shù)等于各反應(yīng)平衡常數(shù)的乘積乘積。2. 多重平衡規(guī)則多重平衡規(guī)則若有：反應(yīng)（若有：反應(yīng)（3） 反應(yīng)（反應(yīng)（1） 反應(yīng)（反應(yīng)（2）則有：則有： 213KKK 2.2.3 化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)K的應(yīng)用的應(yīng)用: : 計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率及平衡組成計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率及平衡組成 判斷反應(yīng)能進(jìn)行的程度判斷反應(yīng)能進(jìn)行的程度

19、某某反反應(yīng)應(yīng)物物起起始始的的量量該該反反應(yīng)應(yīng)物物已已轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化的的量量某某反反應(yīng)應(yīng)物物的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率100 平衡轉(zhuǎn)化率定義：平衡轉(zhuǎn)化率定義： K越大，正反應(yīng)進(jìn)行越徹底越大，正反應(yīng)進(jìn)行越徹底; K越小越小，正反應(yīng)，正反應(yīng)進(jìn)行程度越低。進(jìn)行程度越低。 CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)是是 工業(yè)上用水煤氣制取氫工業(yè)上用水煤氣制取氫氣的反應(yīng)之一。如果在氣的反應(yīng)之一。如果在673K時(shí)用等物質(zhì)的量時(shí)用等物質(zhì)的量(例如均為例如均為2.00mol)的的CO(g)和和H2O(g)在密閉的容器中反應(yīng)在密閉的容器中反應(yīng) : Example Example 2.22.2(1)估算該溫度下反應(yīng)的估算該

20、溫度下反應(yīng)的K ；(2)估算該溫度下估算該溫度下CO的轉(zhuǎn)化率；的轉(zhuǎn)化率；(3)若將水的起始量改為若將水的起始量改為4.00mol，CO的轉(zhuǎn)化率又為多少？的轉(zhuǎn)化率又為多少？解：寫(xiě)出化學(xué)方程式解：寫(xiě)出化學(xué)方程式 CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) -110.53 -241.82 -393.51 0 197.67 188.83 213.74 130.68 先計(jì)算反應(yīng)的先計(jì)算反應(yīng)的 和和 ，接著估算接著估算 然后計(jì)算然后計(jì)算 )15.298(KHmr)15.298(KSm)673(KGmr)673(KK94. 9)673(KK1mrmol41.16kJ(298.15K)H1

21、1mrKmol42.07J(298.15K)S1mrmol12.85kJ(673K)G （1）反應(yīng)的）反應(yīng)的K(673K)的估算的估算1(298.15)/ kJ molfmHK-1(298.15)/ J mol KmSKCO(g) +H2O(g)=CO2(g)+H2(g) 平衡時(shí)摩爾分?jǐn)?shù)平衡時(shí)摩爾分?jǐn)?shù) 00. 4,00. 4,00. 400. 2,00. 400. 2xxxx(2)CO的轉(zhuǎn)化率的估算的轉(zhuǎn)化率的估算a. 先根據(jù)化學(xué)方程式，考慮各物質(zhì)起始時(shí)與平衡時(shí)的物質(zhì)先根據(jù)化學(xué)方程式，考慮各物質(zhì)起始時(shí)與平衡時(shí)的物質(zhì)的量的關(guān)系，從而得到平衡時(shí)各氣態(tài)物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，的量的關(guān)系，從而得到平衡時(shí)各氣態(tài)物

22、質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)，再根據(jù)分壓定律，求出其分壓再根據(jù)分壓定律，求出其分壓起始時(shí)物質(zhì)的量起始時(shí)物質(zhì)的量/mol 2.00 2.00 0 0反應(yīng)中物質(zhì)的量變化反應(yīng)中物質(zhì)的量變化/mol -x -x +x +x 平衡時(shí)物質(zhì)的量平衡時(shí)物質(zhì)的量/mol 2.00-x 2.00-x x x平衡時(shí)總的物質(zhì)的量平衡時(shí)總的物質(zhì)的量/mol 4.00b. 根據(jù)式道爾頓分壓定律，可知上述平衡時(shí)各氣態(tài)物質(zhì)根據(jù)式道爾頓分壓定律，可知上述平衡時(shí)各氣態(tài)物質(zhì) 的摩爾分?jǐn)?shù)乘以總壓的摩爾分?jǐn)?shù)乘以總壓p即為其平衡時(shí)的分壓。即為其平衡時(shí)的分壓。x/(2.00-x)3.16，x1.52molc. 利用利用K表達(dá)式求解表達(dá)式求解x，從而計(jì)算，

23、從而計(jì)算CO的最大轉(zhuǎn)化率即的最大轉(zhuǎn)化率即 平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率。平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率。 22x)- /(2.00 x )(p/px)/4.00-(2.00 )(p/px)/4.00-(2.00 )(p/p(x/4.00) )(p/p(x/4.00) 10.0 0 .1094. 9O)/p(Hp (CO/pp )/p(Hp )/p(COp K2eqeq2eq2eq CO的轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率1.52mol/2.00mol=0.76=76(3)新條件下新條件下CO的最大轉(zhuǎn)化率的估算由于的最大轉(zhuǎn)化率的估算由于H2O(g)的起的起始量改為始量改為4.00mol，則可得：，則可得：CO的最大轉(zhuǎn)化率的最大轉(zhuǎn)化率1.84mol/2.00mol=0.92=92%藉此可制取更多的氫氣，以節(jié)約燃料煤藉此可制取更多的氫氣，以節(jié)約燃料煤y1.84mol，y4.82mol(不合理不合理) 10.0)(p/py)/6.00-(4.00)(p/py)/6.00-(2