物理化學(xué)教學(xué)課件：第5章 化學(xué)平衡1

1、第五章 化學(xué)平衡Chemical Equilibria5-1 引 言Introduction 化學(xué)平衡: 系統(tǒng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的種類(lèi)和數(shù)量宏觀上不隨時(shí)間改變。 經(jīng)驗(yàn): 對(duì)一個(gè)化學(xué)平衡的系統(tǒng)，將系統(tǒng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度性質(zhì)以一定方式組合，是一個(gè)僅與溫度和反應(yīng)系統(tǒng)本性有關(guān)的常數(shù)，稱為平衡常數(shù)。 熱力學(xué): 從理論上研究平衡時(shí)溫度、壓力與系統(tǒng)組成的關(guān)系。判斷反應(yīng)的方向與限度；建立由熱性質(zhì)數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)的方法。理想氣體反應(yīng)定義單位影響因素，即壓力、溫度、組成對(duì)它的影響各平衡常數(shù)之間的相互關(guān)系5-2 標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Standard Equilibrium Constant 0；未達(dá)到平衡量綱為一僅決定于反應(yīng)

2、本性和溫度的不同取法也會(huì)影響 的數(shù)值1.標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(standard equilibrium constant )2. 標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)吉氏函數(shù)(standard molar Gibbs function of reaction)def3. 的數(shù)值與計(jì)量方程的關(guān)系(relation between the value of and stoichiometric equation)3. 的數(shù)值與計(jì)量方程的關(guān)系(relation between the value of and stoichiometric equation)5-3 氣相化學(xué)反應(yīng)Gaseous Chemical Reactions1

3、.實(shí)際氣體化學(xué)反應(yīng)(real-gas chemical reactions)量綱為一的值決定于反應(yīng)本性和溫度以及 的選取= 01.實(shí)際氣體化學(xué)反應(yīng)(real-gas chemical reactions)以逸度表示的平衡常數(shù)def只決定于反應(yīng)本性和溫度，與總壓以及各物質(zhì)的平衡組成無(wú)關(guān)，也不受 選取的影響1.實(shí)際氣體化學(xué)反應(yīng)(real-gas chemical reactions)了解一下：為什么 Kf 不依賴于 的選取？逸度因子的組合不僅決定于反應(yīng)本性和溫度，還依賴于壓力和組成1.實(shí)際氣體化學(xué)反應(yīng)(real-gas chemical reactions) 的 （ 450）p / MPa1.01

4、3.045.0710.130.4Kp/ 105kPa16.606.676.817.168.72=6.46105kPa1?？梢?jiàn)只有當(dāng)壓力很低時(shí)， 。 1.實(shí)際氣體化學(xué)反應(yīng)(real-gas chemical reactions)2.理想氣體化學(xué)反應(yīng)(ideal-gas chemical reactions)2.理想氣體化學(xué)反應(yīng)(ideal-gas chemical reactions)當(dāng) 時(shí)，以濃度表示的平衡常數(shù)只決定于反應(yīng)本性和溫度，與總壓以及各物質(zhì)的平衡組成無(wú)關(guān)，也不受 選取的影響對(duì)于理想氣體：2.理想氣體化學(xué)反應(yīng)(ideal-gas chemical reactions)3.平衡常數(shù)的應(yīng)用

5、(applications of equilibrium constant)（1）計(jì)算理論轉(zhuǎn)化率(a )轉(zhuǎn)化率是原料中某一物質(zhì)反應(yīng)后轉(zhuǎn)化了的分?jǐn)?shù)數(shù)量比所有物質(zhì)總量，無(wú)論是否參與反應(yīng)解：平衡(1-)mol3(1-)mol2mol初始1mol3mol0例1 已知反應(yīng) 在400、30.4MPa時(shí)Kp=18.110-5kPa-1，原料氣中N2與H2的物質(zhì)的量之比為1:3，試求N2的理論轉(zhuǎn)化率與平衡時(shí)NH3的摩爾分?jǐn)?shù)。初始1mol3mol0平衡(1-)mol3(1-)mol2mol解：例1 已知反應(yīng) 在400、30.4MPa時(shí)Kp=18.110-5kPa-1，原料氣中N2與H2的物質(zhì)的量之比為1:3，試

6、求N2的理論轉(zhuǎn)化率與平衡時(shí)NH3的摩爾分?jǐn)?shù)。例2 ，200時(shí), =0.24010-3 kPa-1,求該溫度下壓力為3.45MPa時(shí)的 ,并計(jì)算乙烯與水蒸氣配料比為1:1(物質(zhì)的量之比)時(shí),乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率。設(shè)混合氣各組分的逸度因子與組成無(wú)關(guān)，并已求得200，3.45MPa時(shí)純C2H4、C2H5OH、H2O的逸度系數(shù)分別為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時(shí), =0.24010-3 kPa-1,求該溫度下壓力為3.45MPa時(shí)的 ,并計(jì)算乙烯與水蒸氣配料

7、比為1:1(物質(zhì)的量之比)時(shí),乙烯的平衡轉(zhuǎn)化率。設(shè)混合氣各組分的逸度因子與組成無(wú)關(guān)，并已求得200，3.45MPa時(shí)純C2H4、C2H5OH、H2O的逸度系數(shù)分別為0.963、0.378、0.644。（2）計(jì)算總壓、配料比、惰性氣體對(duì)平衡的影響3.平衡常數(shù)的應(yīng)用(applications of equilibrium constant)了解一下：壓強(qiáng)和惰性氣體影響反應(yīng)平衡的證明了解一下：壓強(qiáng)和惰性氣體影響反應(yīng)平衡的證明總壓對(duì)平衡的影響了解一下：壓強(qiáng)和惰性氣體影響反應(yīng)平衡的證明用數(shù)學(xué)歸納法證明其大于零了解一下：壓強(qiáng)和惰性氣體影響反應(yīng)平衡的證明n 惰 = 0了解一下：壓強(qiáng)和惰性氣體影響反應(yīng)平衡的證

8、明惰性氣體對(duì)平衡的影響前面的計(jì)算中，n惰為常數(shù)，壓力是變量，現(xiàn)在壓力不變，而n惰是變量，x依賴n惰了解一下：壓強(qiáng)和惰性氣體影響反應(yīng)平衡的證明例3 已知乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)C6H5C2H5=C6H5C2H3+H2在527oC時(shí)Kp=4.750kPa,試計(jì)算乙苯的理論轉(zhuǎn)化率(1)壓力為101.325kPa;(2)總壓降為10.13kPa;(3)在原料氣中摻入水蒸氣，C6H5C2H5 與H2O的數(shù)量比為1:9,總壓仍為101.325kPa。解：初始1mol00平衡(1-)mol molmol(1)例3 已知乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)C6H5C2H5=C6H5C2H3+H2在527oC時(shí)Kp=4.750kPa,試計(jì)算乙苯的理論轉(zhuǎn)化率(1)壓力為101.325kPa;(2)總壓降為10.13kPa;(3)在原料氣中摻入水蒸氣，C6H5C2H5 與H2O的數(shù)量比為1:9,總壓仍為101.325kPa。解：初始1mol0平衡(1-)mol molmol(2)例3 已知乙苯脫氫制苯乙烯反應(yīng)C6H5C2H5=C6H5C2H3+H2在527oC時(shí)