第5章化學(xué)平衡

1、工科物理化學(xué)課件工科物理化學(xué)課件蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院第第5章章 化學(xué)平衡化學(xué)平衡主要內(nèi)容主要內(nèi)容5.2 5.2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的計(jì)算5.3 5.3 化學(xué)反應(yīng)等溫方程式化學(xué)反應(yīng)等溫方程式5.4 5.4 各種因素對化學(xué)平衡的影響各種因素對化學(xué)平衡的影響5.1 5.1 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)化學(xué)反應(yīng)體系化學(xué)反應(yīng)體系:封閉的單相體系，不作非體積功，封閉的單相體系，不作非體積功，發(fā)生了一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，設(shè)為：發(fā)生了一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，設(shè)為：DEFGdefg BB0B各物質(zhì)的變化量必須滿足：各物質(zhì)的變化量必須滿足：根據(jù)反應(yīng)進(jìn)度的定義，可以得到：根據(jù)反應(yīng)進(jìn)度的定義，可以得

2、到：BBddnBBddn5.1.1 化學(xué)平衡的判據(jù)化學(xué)平衡的判據(jù)5.1 熱力學(xué)平衡常數(shù)熱力學(xué)平衡常數(shù)BBBddddnpVTSG,BBBBBBdddTpGn（）BB(dd)n等溫、等壓條件下，等溫、等壓條件下，,BBB() (a) TpG當(dāng)當(dāng)時(shí)：時(shí)：1 m olrm,BBB (b) TpG（）v上面兩式適用的條件是等溫、等壓、非體積功為上面兩式適用的條件是等溫、等壓、非體積功為0，反應(yīng)過，反應(yīng)過程中各物的化學(xué)勢保持不變。程中各物的化學(xué)勢保持不變。5.1 熱力學(xué)平衡常數(shù)熱力學(xué)平衡常數(shù)公式理解：公式理解：1）在一個(gè)無限量的體系內(nèi)，體系的發(fā)生一個(gè)）在一個(gè)無限量的體系內(nèi)，體系的發(fā)生一個(gè)mol變化引起變化

3、引起G的變化。的變化。2）在一個(gè)有限量的體系內(nèi)，體系發(fā)生一個(gè)微小變化）在一個(gè)有限量的體系內(nèi)，體系發(fā)生一個(gè)微小變化d ,引引起體系發(fā)生一個(gè)起體系發(fā)生一個(gè)dG的變化。的變化。 5.1 熱力學(xué)平衡常數(shù)熱力學(xué)平衡常數(shù)化學(xué)平衡的條件：等溫，等壓下?；瘜W(xué)平衡的條件：等溫，等壓下。rm,()0T pG反應(yīng)自發(fā)地向反應(yīng)自發(fā)地向右右進(jìn)行進(jìn)行rm,()0T pG反應(yīng)自發(fā)地向反應(yīng)自發(fā)地向左左進(jìn)行，不可能自發(fā)進(jìn)行，不可能自發(fā)向右進(jìn)行向右進(jìn)行rm,()0TpG反應(yīng)達(dá)到反應(yīng)達(dá)到平衡平衡0BB 0 反應(yīng)正向進(jìn)行。反應(yīng)正向進(jìn)行。 A ， 則則 反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。若若 = ， 則則 反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。反應(yīng)處于

4、平衡狀態(tài)。若若 ， 則則 反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。0mGrmGr00mGrJJJK$K$K$平衡時(shí)反應(yīng)平衡時(shí)反應(yīng)物產(chǎn)物量之物產(chǎn)物量之間的關(guān)系間的關(guān)系 的大小，表征了給定系統(tǒng)中發(fā)生等溫反應(yīng)的不可逆程的大小，表征了給定系統(tǒng)中發(fā)生等溫反應(yīng)的不可逆程度。該比值偏離度。該比值偏離1愈遠(yuǎn)，該系統(tǒng)離開平衡愈遠(yuǎn)，自發(fā)反應(yīng)的愈遠(yuǎn)，該系統(tǒng)離開平衡愈遠(yuǎn)，自發(fā)反應(yīng)的不可逆程度愈大。不可逆程度愈大。/JK$v 5.3 化學(xué)反應(yīng)等溫方程式化學(xué)反應(yīng)等溫方程式5.4.1 溫度對平衡常數(shù)的影響溫度對平衡常數(shù)的影響這是這是vant Hoff 公式的微分式。公式的微分式。 根據(jù)根據(jù)Gibbs-Helmholtz方程，當(dāng)

5、反應(yīng)物都處于標(biāo)準(zhǔn)方程，當(dāng)反應(yīng)物都處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，有狀態(tài)時(shí)，有rmrm2ddGTHTT rmlnGRTK 代入，得代入，得5.4 各種因素對化學(xué)平衡的影響各種因素對化學(xué)平衡的影響rm2d lndpKHTRT對對吸熱吸熱反應(yīng)反應(yīng)rm0H對對放熱放熱反應(yīng)反應(yīng)rm0Hdln0dpKT升高溫度，升高溫度， 下降，對正反應(yīng)不利下降，對正反應(yīng)不利pK 總之，升高溫度有利于吸熱反應(yīng)。總之，升高溫度有利于吸熱反應(yīng)。5.4 各種因素對化學(xué)平衡的影響各種因素對化學(xué)平衡的影響1.若溫度區(qū)間不大，若溫度區(qū)間不大， 可視為與溫度無關(guān)的常數(shù)，得可視為與溫度無關(guān)的常數(shù)，得定積分式為：定積分式為：rmH2rm121()11ln

6、()( )ppKTHRTTKT 這公式常用來從已知一個(gè)溫度下的平衡常數(shù)求出另一這公式常用來從已知一個(gè)溫度下的平衡常數(shù)求出另一溫度下的平衡常數(shù)。溫度下的平衡常數(shù)。 或用來從已知兩個(gè)溫度下的平衡常數(shù)求出反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或用來從已知兩個(gè)溫度下的平衡常數(shù)求出反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變。摩爾焓變。5.4 各種因素對化學(xué)平衡的影響各種因素對化學(xué)平衡的影響2. 若溫度區(qū)間不大，若溫度區(qū)間不大， 可視為與溫度無關(guān)的常數(shù)，作不定積可視為與溫度無關(guān)的常數(shù)，作不定積分，得分，得rmHrmlnHKIRT只要已知某一溫度下的只要已知某一溫度下的rmKH和就可以求出就可以求出 I1 /T 溫度對平衡常數(shù)溫度對平衡常數(shù)K （T）的影響）

7、的影響l n K 0mr H0mrH5.4 各種因素對化學(xué)平衡的影響各種因素對化學(xué)平衡的影響5.4.2 壓力對化學(xué)平衡的影響壓力對化學(xué)平衡的影響B(tài)BBBBBBBByppppyppKBBBBBBBBBByppppyppKB=Ky 0BBppBBByp產(chǎn)物在反應(yīng)混合物中占的比例下降產(chǎn)物在反應(yīng)混合物中占的比例下降 。 0BpBppBBBy產(chǎn)物所占比例上升。產(chǎn)物所占比例上升。 0B 反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，壓力對平衡組成沒有影響。反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變，壓力對平衡組成沒有影響。 總之增加壓力反應(yīng)向氣體分子數(shù)減小的方向移動總之增加壓力反應(yīng)向氣體分子數(shù)減小的方向移動。 5.4 各種因素對化學(xué)平衡的影響各種

8、因素對化學(xué)平衡的影響5.4.3 惰性氣體對化學(xué)平衡的影響惰性氣體對化學(xué)平衡的影響B(tài)BGHDEBBghdennpnnpn 惰性氣體不影響平衡常數(shù)值，當(dāng)惰性氣體不影響平衡常數(shù)值，當(dāng) 不等于零時(shí)，加入不等于零時(shí)，加入惰性氣體會影響平衡組成。惰性氣體會影響平衡組成。BBBB()pxpKKpBBGHDEghdex xpx xp 惰性氣體的影響取決于惰性氣體的影響取決于 的值。的值。BB5.4 各種因素對化學(xué)平衡的影響各種因素對化學(xué)平衡的影響 對于分子數(shù)增加的反應(yīng)，加入水氣或氮?dú)?，會使反?yīng)物轉(zhuǎn)對于分子數(shù)增加的反應(yīng)，加入水氣或氮?dú)猓瑫狗磻?yīng)物轉(zhuǎn)化率提高，使產(chǎn)物的含量增加?；侍岣?，使產(chǎn)物的含量增加。BBGH

9、DEBBghpdennpnnpnKBBBBBBBBBnnnppppnnnK00BB0BBnn0BBBn平衡向生成產(chǎn)物的方向移動。平衡向生成產(chǎn)物的方向移動。 0BBBnn0BBBn平衡向生成反應(yīng)物的方向移動。平衡向生成反應(yīng)物的方向移動。 0BB 加入惰性氣體，不影響平衡組成。加入惰性氣體，不影響平衡組成。 5.4 各種因素對化學(xué)平衡的影響各種因素對化學(xué)平衡的影響1.理解標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義，熟練掌握熱力學(xué)平衡常數(shù)和理解標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的定義，熟練掌握熱力學(xué)平衡常數(shù)和平衡組成的計(jì)算。平衡組成的計(jì)算。2.明確化學(xué)平衡的熱力學(xué)條件及如何由平衡條件導(dǎo)出化學(xué)明確化學(xué)平衡的熱力學(xué)條件及如何由平衡條件導(dǎo)出化學(xué)反應(yīng)等溫方程式，掌握用等溫方程判斷化學(xué)反應(yīng)的方向