第一章化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律

授課人：李鴻電話ihong@大學(xué)化學(xué)什么是化學(xué)北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院

化學(xué)是自然科學(xué)的一種，在分子、原子層次上研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律；創(chuàng)造新物質(zhì)的科學(xué)。世界由物質(zhì)組成，化學(xué)則是人類用以認(rèn)識和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一。它是一門歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，它的成就是社會文明的重要標(biāo)志，化學(xué)中存在著化學(xué)變化和物理變化兩種變化形式。？化學(xué)家在做什么北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院？研究自然界并試圖了解它創(chuàng)造自然界不存在的新物質(zhì)和完成化學(xué)變化的新途徑農(nóng)業(yè)、環(huán)境生物、醫(yī)學(xué)材料機械、冶金……物理地質(zhì)計算機化學(xué)化學(xué)四大難題合成化學(xué)難題建立嚴(yán)格徹底的微觀化學(xué)反應(yīng)理論材料化學(xué)難題結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系生命化學(xué)難題生命活動可以而且必須用化學(xué)過程來理解納米尺度難題納米分子和材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基本規(guī)律北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院教材說明：理論課程28學(xué)時，實驗課4學(xué)時。使用教材：曲保中等，《新大學(xué)化學(xué)》（第三版）科學(xué)出版社2012。參考教材：

ChemicalPrinciples,PeterAtkins,LorettaJones,2ndEd.,W.H.FreemanandCompany,2001.《現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)》，崔愛莉、沈光球等編，第二版，清華大學(xué)出版社，2008.《近代化學(xué)導(dǎo)論(上下冊)》，申泮文主編，高等教育出版社，2002.《大學(xué)化學(xué)原理及應(yīng)用(上下冊)》，樊行雪、方國女編，化學(xué)工業(yè)出版社，2000.北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院本課程考察辦法筆試：70分實驗：20分2個實驗，每個10分，包括實驗預(yù)習(xí)報告，實驗報告等內(nèi)容出勤與作業(yè)：10分北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院課程內(nèi)容第一章化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律

第二章溶液與離子平衡

第三章氧化還原反應(yīng)電化學(xué)第四章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第五章金屬元素與金屬材料

第六章非金屬元素與無機非金屬材料第七章有機高分子化合物及高分子材料第八章化學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院基本理論材料化學(xué)5學(xué)時6學(xué)時5學(xué)時6學(xué)時2學(xué)時2學(xué)時2學(xué)時第一章化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)量和能量守恒熱力學(xué)第一定律焓變（ΔH），反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)的方向和限度熱力學(xué)第二定律熵變（ΔS）吉布斯函數(shù)變（ΔG），自發(fā)反應(yīng)化學(xué)平衡，平衡常數(shù)化學(xué)反應(yīng)的速率反應(yīng)速率方程式活化能（Ea）北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院主要內(nèi)容北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院看到一個化學(xué)反應(yīng)式，我們最關(guān)注的問題是什么？2CO+O2=2CO2H2O=H2+O2北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律—熱力學(xué)初步北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院化學(xué)熱力學(xué)：用熱力學(xué)的基本原理研究化學(xué)現(xiàn)象以及與化學(xué)有關(guān)的物理現(xiàn)象的科學(xué)。熱力學(xué)經(jīng)典熱力學(xué)統(tǒng)計熱力學(xué)物理熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)工程熱力學(xué)熱力學(xué)：研究自然界各種形式能量之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，以及能量轉(zhuǎn)化對物質(zhì)的影響的科學(xué)。.……研究內(nèi)容-兩個方面以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，研究化學(xué)變化中的能量轉(zhuǎn)換問題，計算化學(xué)變化中的熱效應(yīng)。

C(s)+O2(g)=CO2(g)以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，研究一定條件化學(xué)反應(yīng)進行的方向和限度。北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院問題：CO不能完全反應(yīng)，出口總有22-28%CO以前認(rèn)為是CO和鐵礦石接觸時間不夠解決方法：加高爐身，升高爐溫結(jié)果：出口CO并未見減少原因：熱力學(xué)計算表明，此反應(yīng)不能進行完全高爐煉鐵北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院Fe2O3(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)1.1.1化學(xué)熱力學(xué)的基本概念北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院1.系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)：作為研究對象而有目的地劃分出來的一部分物質(zhì)及空間環(huán)境：與系統(tǒng)密切相關(guān)的其它部分系統(tǒng)system環(huán)境surroundings相：系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)完全相同的部分1.敞開系統(tǒng)2.封閉系統(tǒng)3.孤立系統(tǒng)北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院2.狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)狀態(tài)：用來表述系統(tǒng)的性質(zhì)（壓強、體積等）的綜合確定系統(tǒng)狀態(tài)的物理量叫狀態(tài)函數(shù)，如：溫度T、壓強p、體積V、質(zhì)量m、密度ρ等狀態(tài)函數(shù)的主要特點：相互之間具有制約性系統(tǒng)的狀態(tài)一定，狀態(tài)函數(shù)確定系統(tǒng)狀態(tài)變化，狀態(tài)函數(shù)的改變?nèi)Q于始態(tài)和終態(tài)，與途徑無關(guān)。北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院過程：系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生任何變化稱為過程途徑：實現(xiàn)過程的具體步驟3.過程和途徑4.熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)氣體：pθ=100kPa下，表現(xiàn)出理想氣體性質(zhì)的狀態(tài)溶液：pθ=100kPa及bθ=1mol·kg，理想稀溶液液體和固體：處于標(biāo)準(zhǔn)壓力下的純液體、純固體思考題狀態(tài)函數(shù)都具有加和性（）廣度性質(zhì)和強度性質(zhì)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變時至少有一個狀態(tài)函數(shù)發(fā)生了改變（）NaCl是固體，水是液體，因此NaCl溶于水后形成的系統(tǒng)具有兩相（）將NaCl和KCl混合充分研磨后的系統(tǒng)只有一個相（）北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院1.1.2熱力學(xué)第一定律第一類永動機的失敗北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院自然界的一切物體都有能量，能量有各種不同的表現(xiàn)形式，它可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，但在轉(zhuǎn)化和傳遞的過程中能量的總量保持不變。焦耳熱功當(dāng)量實驗的成功體系內(nèi)部能量的綜合。熱力學(xué)能，單位J分子的動能，分子間的勢能，分子中原子、電子運動的能量，核能等。內(nèi)能的特點：具有加和性內(nèi)能是體系的狀態(tài)函數(shù)內(nèi)能的絕對值無法確定北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院內(nèi)能U（InternalEnergy）系統(tǒng)內(nèi)部質(zhì)點的運動及相互作用很復(fù)雜，所以無法知道一個系統(tǒng)熱力學(xué)能的絕對值。熱量Q（Heat）熱—由于溫度不同，體系和環(huán)境間傳遞的的能量。單位J熱不是狀態(tài)函數(shù)規(guī)定吸熱使體系能量增加，Q＞0，為正值放熱使體系能量減少，Q＜0，為負(fù)值北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院功W（Work）功—體系和環(huán)境間除熱以外以其它各種形式傳遞的能量。單位J體積功W體和非體積功W?功不是狀態(tài)函數(shù)規(guī)定：體系對環(huán)境做功，W＜0，為負(fù)值環(huán)境對體系做功，W＞0，為正值北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院1、熱力學(xué)第一定律（Thefirstlawofthermodynamics）對于一個封閉體系U1U2W（對外做功）Q（吸收熱量）根據(jù)能量守恒即——熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+WU1+Q+W=U2U2-U1=Q+W北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院

當(dāng)Q＝0時，稱為絕熱過程

當(dāng)Q＝W＝0時，稱為孤立體系可見孤立體系內(nèi)能永遠不變ΔU=Q+W1.1.3化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院W非=0由熱力學(xué)第一定律等壓條件下，Q=Qp,P始=P終=P此時：W體=力×位移=p·A·Δl=-p·ΔV1.等壓熱效應(yīng)與焓（enthalpy）北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院令——焓即得H=U+pV恒壓熱效應(yīng)在數(shù)值上等于體系焓的變化北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院焓的性質(zhì)焓是狀態(tài)函數(shù)，有加和性。H=U+pV焓隨溫度T變化焓的絕對值無法確定，單位JΔH=H2-H1ΔH=ΔU+ΔngRT北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院例：已知：在25C，101.325kPa下，1mol石墨發(fā)生水煤氣反應(yīng)，吸收131.3kJ·mol-1熱量。求：H，U解：北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院等容條件下的化學(xué)反應(yīng)體系V1=V2=VΔV=0體系體積功W體=0由熱力學(xué)第一定律可得：ΔU=QvΔU=ΔH-ΔngRT得：Qp=Qv+ΔngRT2.等容熱效應(yīng)1.1.4蓋斯（Hess）定律和反應(yīng)熱效應(yīng)的計算北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院H為狀態(tài)函數(shù)H=H2-H1

H與過程無關(guān)所以恒壓反應(yīng)熱效應(yīng)數(shù)值上與化學(xué)反應(yīng)的途徑無關(guān)Hess定律：化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱（在定壓或定容下）只與物質(zhì)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與變化的途徑無關(guān)。北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院例：H1＝-393.5kJ·mol-1H2＝

-282.99kJ·mol-1H＝？此反應(yīng)不好控制且不易測量從上面反應(yīng)式可看出：－＝H＝H1－H2=-110.52kJ·mol-1由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院化學(xué)反應(yīng)的焓變ΔrH

ΔrHθm＝-393.5kJ·mol-1若化學(xué)反應(yīng)進度ξ

為1mol時，稱為摩爾反應(yīng)焓變ΔrHm標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩爾反應(yīng)焓變稱為化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變ΔrHθm北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院在熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（100kPa），由參考態(tài)單質(zhì)生成1mol物質(zhì)B的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓——ΔfHθm,298.15K單位：kJ·mol-1（或J·mol-1）參考態(tài)單質(zhì)：等可查表（附表1）北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院反應(yīng)物產(chǎn)物指定單質(zhì)由蓋斯定律：而合并上式：

B——反應(yīng)式中反應(yīng)物和產(chǎn)物化學(xué)計量系數(shù) 對產(chǎn)物，B為正；對反應(yīng)物，B為負(fù)北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院例：求下列反應(yīng)在298K時的rHm：已知：-31.05-92.31-127.07-285.83由：若已知上述反應(yīng)的rHm，又知其它一些fHm，可求其中任一個的fHm由標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓計算標(biāo)準(zhǔn)摩爾熱效應(yīng)北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院燃燒焓：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，指定溫度T時，單位物質(zhì)B完全燃燒反應(yīng)的摩爾焓變。若在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下則為標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒焓——cHm,298.15KC2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)

C2H5OHC(石墨)+H2(g)+O2(g)北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院產(chǎn)物規(guī)定：等物質(zhì)的燃燒焓＝0cHm,298.15K可查表1-1因為燃燒放熱，所以cHm<0北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院反應(yīng)物產(chǎn)物同樣也可寫成B：＋、－號同前北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院例：解：0-285.83-393.50由：即：得：已知試計算北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院習(xí)題已知甲醛和甲醇的燃燒熱:(1)CH3OH(l)+3/2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)

ΔcHθ=-726.64KJ.mol-1(2)HCHO(g)+O2(g)CO2(g)+H2O(l)

ΔcHθ=-563.58KJ.mol-1求:CH3OH(l)+1/2O2(g)HCHO(g)+H2O(l)的反應(yīng)熱?小結(jié)基本概念封閉系統(tǒng)相化學(xué)反應(yīng)中能量的變化兩個新的狀態(tài)函數(shù)，U和H熱力學(xué)第一定律：ΔU=Q+W焓變：

ΔH=ΔU+pΔV----等壓熱效應(yīng)蓋斯定律（由標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓、燃燒焓計算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變）北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院1.2化學(xué)反應(yīng)的方向北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院自發(fā)過程（spontaneousprocess）：一定條件下，不需要任何外力作用，能夠自動進行的過程。反之叫非自發(fā)過程（nonspontaneousprocess）化學(xué)反應(yīng)在給定條件下能否自發(fā)進行、進行到什么程度時生產(chǎn)實踐中的重要問題。比如，能否同時消除汽車中的兩種尾氣？問題：如何判斷一個化學(xué)反應(yīng)在給定條件下能否發(fā)生？CO(g)+NO(g)CO2(g)+1/2N2(g)北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院

2NI3==N2+3I2可見，自發(fā)過程是混亂度增大的過程。混亂度也是增大了。北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院自發(fā)過程的規(guī)律：能量—物質(zhì)的系統(tǒng)傾向于取得最低能量狀態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)點分布和運動狀態(tài)—物質(zhì)系統(tǒng)傾向于取得最大混亂度自發(fā)過程可以做有用功（判斷自發(fā)性的正確標(biāo)準(zhǔn)）混亂增加：從混亂程度小混亂程度大（有利自發(fā)）自發(fā)反應(yīng)的趨勢反應(yīng)放熱：從能量高能量低（有利自發(fā)）北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院

把一滴墨水滴進水中，墨水很快從低熵值狀態(tài)(形成小滴)變成高熵值狀態(tài)(擴散到整個水中

系統(tǒng)的混亂度在熱力學(xué)中用熱力學(xué)函數(shù)熵來表示。低熵值高熵值北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院分子排列的無序程度：氣體>液體>固體低熵值高熵值熵的另一種定義北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院熱力學(xué)第二定律：克勞修斯表述：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響；開爾文表述：不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響；熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表述（熵增原理）：一個孤立體系總是朝著熵值增加的方向自動進行。克勞修斯定義可逆過程中被傳遞的熱量與絕對溫度之比，為熵（S）。熵的希臘語源意為“內(nèi)向”，即“一個系統(tǒng)不受外部干擾時往內(nèi)部最穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展的特性。1925年，浙大的胡剛復(fù)教授聽普朗克講學(xué)時，根據(jù)“熱溫商”，把“商”加火旁，新造出來的漢字“熵”。北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院一、熵（

entropy）與熵變熵（S）：表征系統(tǒng)內(nèi)部質(zhì)點混亂度和無序度混亂度（無序程度）S單位：J·mol-1·K-1幾點說明：1.熵是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)2.溫度增高，熵值越大3.同一物質(zhì)，氣態(tài)的熵大于液態(tài)的熵，液態(tài)的熵大于固態(tài)的熵4.分子愈復(fù)雜熵值越大5.固態(tài)溶解后熵值增加。氣體溶于固態(tài)或液體后熵值減小，氣體溶于氣體后熵值增加熵（S）：“熱溫商”北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵1912年P(guān)lank提出：任何純物質(zhì)的完美晶體在0K時S為零——熱力學(xué)第三定律即在TK時：（0KTK）——物質(zhì)的規(guī)定熵Sm(298.15K)可查附表2北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院化學(xué)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵變的計算：ΔrSθm

(298.15K)=ΣBνBSθm,B(298.15K)例題：計算下述反應(yīng)在298.15K時的熵變。解:

(3×130.684+191.61-2×192.45)J.mol-1.K-1

=198.462J.mol-1.K-1=0.198kJ.mol-1.K-1Sm/J.mol-1.K-1

192.45

191.61130.684?2NH3(g)N2(g)

+3H2(g)?得:

ΔrSm

(298.15K)=北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院非孤立系統(tǒng)二、吉布斯函變與化學(xué)反應(yīng)方向1、吉布斯函數(shù)（Gibbsfunction）判據(jù)反應(yīng)自發(fā)性的判據(jù)：是否具有對外做有用功的能力自由焓，狀態(tài)函數(shù)他提出一個恒T、P的化學(xué)反應(yīng)，如果能做有用功（W??），那么反應(yīng)是自發(fā)的。并證明體系在可逆過程做最大有用功北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院可見：自發(fā)平衡非自發(fā)恒T、P反應(yīng)自發(fā)性判據(jù)在標(biāo)態(tài)下：來判斷自發(fā)進行的方向反應(yīng)能否自發(fā)進行，不但和其焓變有關(guān)，而且和其熵變有關(guān)ΔG=ΔH-TΔS北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院類

型ΔHΔS

ΔG=ΔH-TΔS反應(yīng)

情況舉例1-+-下皆自發(fā)任何溫度2O3(g)→3O2(g)2+-

+任何溫度下非自發(fā)3--高溫為+低溫為-高溫非自發(fā)低溫自發(fā)HCl(g)+NH3(g)→NH4Cl(s)4++高溫為-低溫為+

高溫自發(fā)低溫非自發(fā)CaCO3（g）→CaO(s)+CO2(g)CO(g)→C(s)+1/2O2(g)恒壓下ΔH、ΔS和T對反應(yīng)自發(fā)性的影響北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院（1）由Gibbs方程來求恒T：（T對G

影響）查表求出可求其它T下：可化為代入Gibbs方程求出任意溫度下的G

2、吉布斯焓變的計算北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院（2）由fGm,298.15來求——標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成自由焓（查附表1）定義：（與fHm,298.15相似）單位：kJ·mol-1(3)任意狀態(tài)下反應(yīng)的G

（非標(biāo)態(tài)）北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院恒溫恒壓，任意狀態(tài)下的摩爾吉布斯函數(shù)變ΔrGm(T)與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩爾吉布斯函數(shù)變ΔrGm

(T)之間有如下關(guān)系:ΔrGm(T)=ΔrGθm

(T)+RTlnПB(pB/p?)υBaA+bBgG+dD對于反應(yīng)：有：范特霍夫方程（Van'tHoffequation）北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院

已知:p(SO3)=1×105Pa，

p(SO2)=0.25×105Pa,p(O2)=0.25×105Pa。

ΔrGm=-141.73kJ.mol-1解：按ПB表達式計算得：ПB=64，查熱力學(xué)數(shù)據(jù)表算得：?因此，按等溫方程得：ΔrGm=(-141.73+8.314×10-3×298.15ln64)kJ.mol-1

=-131.42kJ.mol-1答：反應(yīng)向正方向進行。反應(yīng):2SO2（g）+O2（g）=2SO3（g）

在25℃向什么方向進行？北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院

化學(xué)反應(yīng)的可行性即方向性是可掌握的。掌握了判斷化學(xué)反應(yīng)方向的工具（判據(jù)），人們就在化學(xué)反應(yīng)面前掌握了主動，人們就可以認(rèn)識、利用甚至設(shè)計化學(xué)反應(yīng)為人類服務(wù)。3.化學(xué)反應(yīng)進行的程度-化學(xué)平衡北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院

可逆反應(yīng)進行到一定程度時，系統(tǒng)中反應(yīng)物與生成物的濃度不再隨時間而改變，反應(yīng)似乎已“停止”。系統(tǒng)的這種表面上靜止的狀態(tài)叫做化學(xué)平衡狀態(tài)?；瘜W(xué)平衡是一種動態(tài)平衡。平衡時，正、逆反應(yīng)速率相等。分壓定律北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院P

=ΣBpB

在氣體混合物中，各組分氣體各自對容器壁產(chǎn)生的壓力稱為組分氣體的分壓力（pB）。

氣體混合物的總壓力（P）等于各組分氣體分壓力（pB）之和,稱為分壓定律：北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院理想氣體狀態(tài)方程：R稱為摩爾氣體常量，R=8.314J·K-1·mol-1對混合氣體同樣適用：P、V、T，道其中任意兩個量，可求第三個量。組分氣體分壓力的計算北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院（1）其中:xB

稱摩爾分?jǐn)?shù)。若氣體混合物由A、B

組成，則:xA+xB=1其中：VB稱分體積;

VB%稱體積百分?jǐn)?shù)。（2）化學(xué)平衡常數(shù)北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院對于一個處于平衡態(tài)的化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)：例如，對于反應(yīng):K是量綱為1的量。?有：gG(g)+dD(g)aA(g)+bB(g)注意北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院1）平衡常數(shù)的物理意義：

Kθ

值越大，反應(yīng)向正方（右）進行得越徹底（轉(zhuǎn)化率越大）；

Kθ

值越小，反應(yīng)向正方（右）進行的趨勢越??；2）平衡常數(shù)的性質(zhì)：

Kθ值不隨濃度(分壓)而變化，但受溫度影響北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院a)與反應(yīng)方程式寫法有關(guān)；b)固體和液體不表示在方程式中；c)適用于一切平衡系統(tǒng)。（4）多重平衡規(guī)則：對于存在兩個以上的平衡關(guān)系，或者某一反應(yīng)可以表示為兩個或多個反應(yīng)的總和時，

即:反應(yīng)1=反應(yīng)2+反應(yīng)3

這是一個重要的規(guī)則，適用于各種多重平衡系統(tǒng)。（3）關(guān)于平衡常數(shù)表達式:則：Kθ1=Kθ2·Kθ3北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院+)則:

SO2(g)+NO2(g)═SO3(g)+NO(g)如：Kθ2=0.012Kθ

=Kθ1.Kθ2=20×0.012=0.24

已知:Kθ1=20北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院根據(jù)化學(xué)反應(yīng)等溫方程：于是有：

0=ΔrGθm

(T)+RTlnKθ則：ΔrGθm

(T)=

-RTlnKθ4.吉布斯函數(shù)變與平衡常數(shù)即：ΔrGm(T)=ΔrGθm

(T)+RTlnΠ(pB/pθ)υBΠ(pBeq/pθ)υB

=Kθ平衡狀態(tài)下：北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院解：

N2（g）+3H2（g）2NH3（g）例題：計算合成氨反應(yīng)在25℃和427℃時ΔfHm.B/kJ.mol-1

00-46.11ΔfGm.B/kJ.mol-1

00-16.45Sm.B/J.mol-1.K-1191.61130.684192.45???的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，簡單說明其意義。北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院ΔrGθm

(298.15K)=-32.90kJ.mol-1代入得：Kθ（298.15K）=

5.8×105ΔrGθm

(700K)≈ΔrHθm

(298.15K)-TΔrSθm(298.15K)ΔrGθm

(700K)=46.91kJ.mol-1北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院=-8.06K

θ

(700K)=3.2×10-4結(jié)論:合成氨是(-,-)型反應(yīng),低溫自發(fā)，高溫非自發(fā)。25℃時K=5.8×105

反應(yīng)很徹底；427℃時K

=3.2×10-4反應(yīng)進行的程度較小。北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院于是，可得出如下判斷反應(yīng)方向的方法：當(dāng)ΠB<K?ΔrG

<0反應(yīng)正向自發(fā)；當(dāng)ΠB=K?ΔrG

=0處于平衡狀態(tài)；當(dāng)ΠB>K?ΔrG

>0反應(yīng)正向非自發(fā)ΔrGm(T)=-RTlnKθ

+RTlnΠB(pB/p?)νB如上所述，可得化學(xué)反應(yīng)等溫方程式：北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院平衡移動

由于外界條件的改變而使可逆反應(yīng)從一種平衡狀態(tài)向另一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化的過程叫做化學(xué)平衡的移動。1.分壓、總壓力對化學(xué)平衡的影響增加反應(yīng)物壓力或濃度，反應(yīng)向右進行，增加產(chǎn)物壓力或濃度反應(yīng)向左進行北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院對于一個有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)改變系統(tǒng)總壓力，如總壓力增大一倍，則：即：針對合成氨反應(yīng)，增加壓力將導(dǎo)致反應(yīng)向右進行請思考北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院系統(tǒng)總壓力增大一倍，反應(yīng)向那個方向進行？北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院2.T對K

影響：由得H

與S

近似與T無關(guān)由此式可求各種T時的平衡常數(shù)K

北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院若

T1：T2：－rHm,298.15>0（吸熱），升高T（T2>T1），則K2>K1

可見，平衡向右移動（是因為K

改變）rHm,298.15<0（放熱），則升高T（T2>T1），則K2<K1

3.勒夏特列原理北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院加入改變平衡系統(tǒng)的條件（如濃度、溫度、壓力）之一，平衡就將向減弱這個反應(yīng)的方向移動。

平衡是相對的，不平衡是絕對的。所以世界總是在變化著，惟因其變化世界才會不斷進步。4.化學(xué)反應(yīng)速率北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院1.化學(xué)反應(yīng)速率的表示方法北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院對于化學(xué)反應(yīng)aA+bB→gG+dD其反應(yīng)速率：其中νB（a<0b<0g>0d>0）為化學(xué)計量數(shù)。單位為mol·L-3·s-12.反應(yīng)速率理論北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院決定反應(yīng)速率的因素反應(yīng)物的本性反應(yīng)物的濃度反應(yīng)溫度催化劑等1）碰撞理論有效碰撞(effectivecolision)活化分子(activatedmolecule)活化能(activtionenergy)------Ea2）過渡狀態(tài)理論北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院活化配合物

活化能3.影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素北方工業(yè)大學(xué)機電學(xué)院基元反應(yīng)(elementaryreaction)反應(yīng)物分子只經(jīng)過一步就直接轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锓肿拥姆磻?yīng)。質(zhì)量作用定律（lawofmassaction）：

基元反應(yīng)的反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的冪的乘積成正比。υ∝ca(A)·cb(B)1)濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響υ=k

ca(A)·cb(B)