化學(xué)平衡PPT講稿

1、關(guān)于化學(xué)平衡PPT第一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 平衡后, 體系中各物質(zhì)的數(shù)量按一定的比例關(guān)系不再改變. 一旦外界條件改變, 平衡狀態(tài)就要發(fā)生變化. 平衡狀態(tài)從宏觀上看是靜態(tài),實(shí)際上是一種動態(tài)平衡. 實(shí)際生產(chǎn)中需要知道: 如何控制反應(yīng)條件, 使反應(yīng)按人們所需要的方向進(jìn)行; 在給定條件下, 反應(yīng)進(jìn)行的最高限度是什么? 大部分化學(xué)反應(yīng)可以幾乎同時朝正、反兩個方向進(jìn)行, 在一定條件 (溫度, 壓力, 濃度)下, 當(dāng)正反兩個方向的反應(yīng)速度相等時, 體系就達(dá)到了平衡狀態(tài),平衡狀態(tài)就是反應(yīng)的限度.第二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)平衡是研究化學(xué)反應(yīng)體系的平衡問題( a) 化

2、學(xué)反應(yīng)的方向和限度( b) 各種狀態(tài)反應(yīng)的平衡常數(shù)表示式( c) 各種條件對化學(xué)平衡的影響第三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)反應(yīng)體系： 封閉的單相體系，不作非膨脹功，發(fā)生了一個化學(xué)反應(yīng)，設(shè)為：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：4.1 化學(xué)反應(yīng)的方向和限度第四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月熱力學(xué)基本方程等溫、等壓條件下，當(dāng)時：第五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月熱力學(xué)基本方程這兩個公式適用條件：（1）等溫、等壓、不作非膨脹功的一個化學(xué)反應(yīng)；（2）反應(yīng)過程中，各物質(zhì)的化學(xué)勢 保持不變。 公式（a)表示有限體系中發(fā)生微小的變化； 公式(b)表

3、示在大量的體系中發(fā)生了反應(yīng)進(jìn)度等于1 mol的變化。這時各物質(zhì)的濃度基本不變，化學(xué)勢也保持不變。第六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)反應(yīng)的方向與限度用 判斷都是等效的。反應(yīng)自發(fā)地向右進(jìn)行反應(yīng)自發(fā)地向左進(jìn)行，不可能自發(fā)向右進(jìn)行反應(yīng)達(dá)到平衡第七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)反應(yīng)的方向與限度用 判斷，這相當(dāng)于 圖上曲線的斜率，因?yàn)槭俏⑿∽兓磻?yīng)進(jìn)度處于01 mol之間。反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行，趨向平衡反應(yīng)自發(fā)向左進(jìn)行，趨向平衡反應(yīng)達(dá)到平衡第八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月為什么化學(xué)反應(yīng)通常不能進(jìn)行到底？ 嚴(yán)格講，反應(yīng)物與產(chǎn)物處于同一體系的反應(yīng)都是可逆的，不能進(jìn)行

4、到底。 只有逆反應(yīng)與正反應(yīng)相比小到可以忽略不計(jì)的反應(yīng)，可以粗略地認(rèn)為可以進(jìn)行到底。這主要是由于存在混合吉布斯自由能的緣故。 第九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月為什么化學(xué)反應(yīng)通常不能進(jìn)行到底？ 將反應(yīng)為例，在反應(yīng)過程中吉布斯自由能隨反應(yīng)過程的變化如圖所示。R點(diǎn)，D和E未混合時吉布斯自由能之和；P點(diǎn)，D和E混合后吉布斯自由能之和；T點(diǎn)，反應(yīng)達(dá)平衡時，所有物質(zhì)的吉布斯自由能之總和，包括混合吉布斯自由能；S點(diǎn)，純產(chǎn)物F的吉布斯自由能。第十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 化學(xué)反應(yīng)等溫方程式和平衡常數(shù)1.氣相反應(yīng)設(shè)氣相反應(yīng):而第十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月即

5、當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時: rGm = 0即第十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月則:令為平衡常數(shù)(無量綱)對理想氣體反應(yīng):則有:第十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 溶液反應(yīng)討論:反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行反應(yīng)自發(fā)向左進(jìn)行反應(yīng)達(dá)到平衡態(tài)第十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例1. 已知反應(yīng) C(石墨) + 2H2(g) = CH4(g) 在1000 K的rSm = 98.85 JK1mol1 , rHm = 74.848 kJmol1。若氣體（視為理想氣體）組成為y(CH4)= 0.10 , y (H2)= 0.80 ， y(N2)= 0.10,試在1000 K及100kP

6、a壓力下計(jì)算說明甲烷能否生成? 解：rGm =rHm T rSm = 19000 Jmol1 rGm = RT lnK ， K = 0.1017 再據(jù) rGm = rGm + RT lnQp Qp = p(CH4)/p / p(H2)/ p 2 = 0.154 rGm=3 446 Jmol1 0 所以反應(yīng)不能向右進(jìn)行,即不能生成甲烷 。第十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.3 化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)表示式恒溫下, 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時: 公式中 適用于各種類型的反應(yīng)(理想氣體反應(yīng)、實(shí)際氣體反應(yīng)、溶液反應(yīng)、多相反應(yīng)) 的平衡常數(shù)的普遍表達(dá)式, 然而不同類型的反應(yīng)可演化出不同的表達(dá)式.第十六張

7、，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 氣相反應(yīng)(1) 理想氣體反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式則:是標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)(或稱熱力學(xué)平衡常數(shù));kp 是經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù);第十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 數(shù)值: 時; 與 kp 是不等的.與 kp關(guān)系:量綱: 無量綱; 而 kp 一般有量綱, 只有 才無量綱.kp第十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月經(jīng)驗(yàn)平衡常數(shù)通常有下列幾種表示方法:(a) 用分壓表示平衡常數(shù)影響 kp 的因素: 、kp 均為溫度的函數(shù).第十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月可見, kc = f (T ), 即 kc只是溫度的函數(shù).(b) 用物質(zhì)的量的濃度表

8、示第二十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(c) 用摩爾分?jǐn)?shù)表示kx 是T 、p 的函數(shù).此外, 上式還可以寫為:第二十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 kn 非平衡常數(shù).綜上所述:即第二十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 因?yàn)? 與壓力無關(guān), 可在低壓下求 , 高壓下求得 . 可見, 高壓下氣體反應(yīng), 與溫度、壓力均有關(guān).(2) 實(shí)際氣體反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式第二十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 溶液反應(yīng)由于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)與氣相不同, 故其平衡常數(shù)略有差異.對任一反應(yīng): dD(l) + eE(l) = gG(l) + hH(l) 平衡時:第二十四張，PP

9、T共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 嚴(yán)格地說,ka 應(yīng)是T、p 的函數(shù), 但忽略了壓力的影響, 故ka 近似看作只與溫度有關(guān). 故: 因液體化學(xué)勢受壓力影響不大, 積分項(xiàng)可忽略.第二十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月溶液反應(yīng)也可以用 kc、kx 表示:即:同理:適用于稀溶液反應(yīng). 第二十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月應(yīng)該指出: 平衡常數(shù)與化學(xué)反應(yīng)式寫法有關(guān). 顯然:第二十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 復(fù)相反應(yīng) 化學(xué)反應(yīng)中, 固、液、氣相物質(zhì)同時存在的反應(yīng), 且固、液相不形成固溶體或溶液. 如反應(yīng): 純物質(zhì)活度等于1,且反應(yīng)一般在低壓下進(jìn)行, 故有

10、稱為分解壓即分解反應(yīng)達(dá)平衡時的體系總壓力.第二十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月分解壓為: 若分解產(chǎn)物不止一種氣體, 則產(chǎn)物總壓總等于分解壓, 如第二十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月例2. 在溫度恒定于375 K的抽空容器中，放入Cl2(g) 與 SO2(g)。若它們之間不發(fā)生反應(yīng)時，則分壓力分別為47 836 Pa 與44 786 Pa。但因發(fā)生反應(yīng)，故反應(yīng)達(dá)平衡時，系統(tǒng)的總壓力為86100 Pa。 (1)反應(yīng)SO2Cl2(g) = SO2(g) + Cl2(g) 在375 K下的 rGm ； (2)在375 K下，將純SO2Cl2(g) 放入一抽空容器中，反應(yīng)達(dá)平

11、衡時，系統(tǒng)的總壓為101 325 Pa。求SO2Cl2(g) 的解離度。 ( p =100 kPa)第三十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 解：（1） SO2Cl2（g） = SO2 （g） + Cl2（g） 開始時 0 p(SO2)0 p (Cl2)0平衡時 p(SO2Cl2) p(SO2)0p(SO2Cl2) p(Cl2)0p(SO2Cl2)則 p(總)= p(SO2Cl2) + p(SO2)0 p(SO2Cl2) + p(Cl2)0 p(SO2Cl2)得 p(SO2Cl2)=6619 Pa反應(yīng)在375 K的 K = p(SO2)0 p(SO2Cl2) / p p(Cl2)0 p

12、(SO2Cl2) / p / p(SO2Cl2) / p 則 K = 2.725 rGm = RTln K = 3125 Jmol1 （2） SO2Cl2（g） = SO2 Cl2（g） + Cl2（g） 平衡時 n/mol 1(1-) 1 1 = (1+) molK = p(總) / p = =0.854 第三十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.4 反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)Gibbs自由能變 平衡常數(shù)為一重要的數(shù)量, 但實(shí)驗(yàn)測定有一定的局限性, 甚至無法測定, 為此可借助熱力學(xué)的方法. 因 與平衡常數(shù)直接相關(guān), 故 有重要的意義.(1) 作為反應(yīng)的限度已知: 當(dāng) 為一很大的負(fù)值時, 很大,

13、平衡位置距產(chǎn)物近, 反應(yīng)較完全. 當(dāng) 為一很大的正值時, 很小, 平衡位置距反應(yīng)物近, 反應(yīng)幾乎沒有進(jìn)行.第三十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月故rGm作為反應(yīng)方向的判據(jù). 一般情況下, 不能作為反應(yīng)方向的判據(jù)(反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下例外), 因通常情況下反應(yīng)不在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下進(jìn)行, 此時由下式來判斷反應(yīng)方向.值得指出: 可見, 是反應(yīng)限度的量度.第三十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 可大體估計(jì)反應(yīng)的可能性 由式 知, 當(dāng) 值很大時, 基本決定了rGm的符號.如: 298.15K時, 反應(yīng)據(jù)式:求得氧氣的平衡分壓為:第三十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 就是說,

14、 當(dāng) 時,方能使rGm 0. 顯然這樣低的壓力是達(dá)不到的. 要使反應(yīng)不能進(jìn)行, 必須rGm0, 或 Qpkp ,即 : 故 值很大時,可估計(jì)反應(yīng)的可能性.一般地:反應(yīng)不能進(jìn)行.反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行. 在 范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)Qp 值改變反應(yīng)方向.第三十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 間接計(jì)算 和平衡常數(shù)如反應(yīng):(a) (b)得:第三十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月(d) 由式 反算(c) 電池電動勢法(b) 標(biāo)準(zhǔn)生成Gibbs自由能法(a) 熱化學(xué)方法的求算:第三十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.5 標(biāo)準(zhǔn)生成Gibbs自由能與平衡常數(shù)的計(jì)算1. 物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩

15、爾生成Gibbs自由能 在反應(yīng)溫度 T、100kPa 壓力下由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol 化合物B的 Gibbs 自由能變化稱為該化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成 Gibbs自由能, 用 表示.相對標(biāo)準(zhǔn):如反應(yīng):第三十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 在反應(yīng)溫度 T、標(biāo)準(zhǔn)壓力下穩(wěn)定單質(zhì)溶于大量水中生成 1mol離子過程的Gibbs自由能變化即為該離子的生成 Gibbs 自由能.規(guī)定:離子生成 Gibbs自由能: 第三十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 溶液中物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成Gibbs自由能 對溶液反應(yīng), 溶質(zhì)不是純態(tài). 其標(biāo)準(zhǔn)態(tài)規(guī)定為: 在指定溫度T、1kPa壓力時,m=m(或c

16、= c) 時服從亨利定律的狀態(tài). 該狀態(tài)下溶質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成 Gibbs自由能由下兩種方法求得：(a) 飽和蒸氣壓法 B(純s或l, p*)B(m, aq, 平衡分壓pB)所以:第四十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 如: (b) 飽和溶解度法顯然: B(純s或l, p)B(飽和溶液, p, ms,B,m,)B(m, aq)而所以:第四十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.6 各種因素對化學(xué)反應(yīng)平衡的影響影響因素分為兩類: 溫度T, 改變 k; 壓力p、惰性氣體. 不改變k, 但平衡組成發(fā)生變化, 導(dǎo)致平衡移動.1. 溫度對化學(xué)平衡的影響已知:由Gibbs-Helmho

17、ltz方程:第四十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月對放熱反應(yīng):溫度升高, k減小;討論:對吸熱反應(yīng):溫度升高, k增大;得到:第四十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月定量關(guān)系: (1) 當(dāng) 不隨溫度變化時(即Cp = 0 或溫變范圍不大).定積分:不定積分:I 可由某一溫度時 k求的.第四十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月此時: (2) 當(dāng)Cp 0 或溫變范圍較大時， 不是常數(shù)。第四十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 若已知 I 和H0 , 可求的任意溫度時的 或 k. I 為積分常數(shù),代入 可求的:積分:第四十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于202

18、2年6月 例4.已知各物質(zhì)在298.15K時的熱力學(xué)函數(shù)數(shù)據(jù)如下： 物質(zhì) C2H5OH(g) C2H4(g) H2O(g) f Hm / kJmol1 235.30 52.283 241.80 Sm / J mol1K1 282.0 219.45 188.74 對下列反應(yīng)： C2H5OH(g) C2H4(g) + H2O(g) （1）求25時的rGm (298.15K)及 K (298.15K)； （2）試估算400 K時的K (400 K)。（假定r Hm 為常數(shù)）。第四十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 解：(1)r Hm (298.15 K) = BB f Hm (B, 29

19、8.15 K)= (52.28 kJmol1)+(241.8 kJmol1) (235.3 kJmol1)= 45.78 kJmol1rSm (298.15 K) = BB Sm (B, 298.15 K)= (219.45 Jmol1K1)+ (188.74 Jmol1K1) (282.0 Jmol1K1) =126.19 Jmol1K1rGm (298.15 K) = r Hm (B, 298.15 K) TrSm (298.15 K) = (45.78103 kJmol1) (298.15 K)(126.19 Jmol1K1)=8156 Jmol1 K (298.15K)= exp(8156 Jmol1 ) / (8.314Jmol1K1)(298.15 K)=3.724102第四十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（2） ln ln K (400 K) = 4.10 第四十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 壓力對化學(xué)平衡的影響理想氣體系統(tǒng)第五十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng) , 體積增大,p 增加, 下降, 向左移動.討論: 當(dāng) ,