版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
無機化學簡明教程化學反應基本原理第一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三2.1化學熱力學
2.1.1熱力學術語和基本概念
2.1.2熱力學第一定律
2.1.3自發(fā)變化和熵
2.1.4Gibbs函數(shù)
2.1.5化學平衡第二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
2.1.1熱力學術語和基本概念一、系統(tǒng)和環(huán)境敞開系統(tǒng):封閉系統(tǒng):隔離系統(tǒng):系統(tǒng)(體系):被研究對象。環(huán)境:系統(tǒng)外與其密切相關的部分。與環(huán)境有物質(zhì)交換也有能量交換。與環(huán)境無物質(zhì)交換有能量交換。與環(huán)境無物質(zhì)、能量交換。第三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
狀態(tài):體系不再隨時間變化的情形(體系的宏觀性質(zhì)的綜合表現(xiàn))。
狀態(tài)函數(shù):描述系統(tǒng)性質(zhì)的物理量。(P、V、T等)二、狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)特點:
①、狀態(tài)一定,狀態(tài)函數(shù)一定。
②、狀態(tài)變化,狀態(tài)函數(shù)也隨之而變,且狀態(tài)函數(shù)的變化值只與始態(tài)、終態(tài)有關,而與變化
途徑無關。第四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三圖2-1理想氣體兩種不同變化過程(I)、加壓(II)、加壓升溫減壓降溫P1=101.3kPaT1=373KV1=2m3P2=202.6kPaT2=373KV2=1m3始態(tài)終態(tài)P3=303.9kPaT3=473KV3=0.845m3第五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
過程:系統(tǒng)的某些性質(zhì)發(fā)生的改變。途徑:系統(tǒng)從始態(tài)到終態(tài)所經(jīng)歷的過程總和。等溫過程:
始態(tài)、終態(tài)溫度相等,并且過程中始終保持這個溫度(T不變)。等壓過程:
始態(tài)、終態(tài)壓力相等,并且過程中始終保持這個壓力(P不變)。等容過程:
始態(tài)、終態(tài)容積相等,并且過程中始終保持這個容積(V不變)
。三、過程和途徑第六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三相:
系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學性質(zhì)完全相同的且與其他部分有明確界面分隔開來的任何均勻部分。四、相均相系統(tǒng)
(或單相系統(tǒng))非均相系統(tǒng)
(或多相系統(tǒng))五、化學反應計量式和反應進度1、化學反應計量式
化學計量數(shù):第七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三規(guī)定:反應物,νB的值為負;生成物,νB值為正。例如:N2+3H2=2NH3ν(NH3)=+2,ν(N2)=-1,ν(H2)=-30=(+2)NH3+(-1)N2+(-3)H20=2NH3
—N2—
3H2第八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三2、反應進度:表示化學反應進行的程度單位:mol
3.010.000
2.07.02.0
1.55.53.0第九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三說明:①、對指定的反應計量式,反應進度與物質(zhì)的選擇無關。②、反應進度與反應的計量方程式的寫法有關。③、摩爾反應:當反應進行到ΔnB恰好等于νB
時,即:第十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
2.1.2熱力學第一定律一、熱和功以熱的形式轉(zhuǎn)移能量有方向性:
規(guī)定:系統(tǒng)吸熱:Q>0(+Q)
系統(tǒng)放熱:Q<0(-Q)
熱不是狀態(tài)函數(shù)系統(tǒng)進行各種不同過程所伴隨的熱可由實驗測定。1、熱(Q):系統(tǒng)與環(huán)境之間由于存在溫差而傳遞的能量。第十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三1)、功有方向性規(guī)定:環(huán)境對系統(tǒng)做功,W>0(+W,得功)系統(tǒng)對環(huán)境做功,W<0(-W,失功)功也不是狀態(tài)函數(shù)
2、功(W):系統(tǒng)與環(huán)境之間除熱之外以其它形式傳遞的能量。體積功非體積功2)、分類體系環(huán)境Q環(huán)境W+Q-Q-W+W第十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三熱力學能(U):在不考慮系統(tǒng)的整體動能和勢能的情況下,系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子的全部能量之和(內(nèi)能)。二、熱力學能無法測定熱力學能的絕對值,只能確定其變化量。U是狀態(tài)函數(shù):三、熱力學第一定律能量守恒與轉(zhuǎn)化定律:U1
U2WQU2-U1=Q+W封閉系統(tǒng)的熱力學第一定律第十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三封閉系統(tǒng),在等溫等容過程時:
V=0,W=0封閉系統(tǒng),在等溫等壓過程只作體積功的條件下:QV=UQV為等容反應熱四、焓變和熱化學方程式Qp為等壓反應熱
反應熱(Q):在一定條件下,化學反應過程中吸收或放出的熱量。第十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三焓焓變Qp
=H、焓是狀態(tài)函數(shù);、焓的單位與熱力學能的相同;、無法測定焓的絕對值,只能確定其變化量;、理想氣體的焓只是溫度的函數(shù)。1、焓和焓變焓的特點:2、熱化學方程式表示化學反應及其反應的標準摩爾焓變關系的化學反應方程式。焓:第十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三:反應的標準摩爾焓變意義:反應進度為1mol時,焓的變化量。反應的摩爾焓變:注意:①、注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)第十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三②、反應計量式須配平,且必須與反應計量式相匹配。(l)③、注明反應溫度,但焓變隨溫度改變變化不大。3、標準狀態(tài)和標準狀況標準狀況:標準壓力下物質(zhì)確切的聚集狀態(tài):T=273.15K第十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三標準狀態(tài):標準壓力下物質(zhì)確切的聚集狀態(tài):T=TK①氣體的標準態(tài): 下并表現(xiàn)出理想氣體特性的氣體純物質(zhì)的狀態(tài)。②純液體或固體的標準態(tài): 下純液體或固體純物質(zhì)的狀態(tài)。③溶液中溶質(zhì)B的標準態(tài):并表現(xiàn)出無限稀釋溶液特性時溶質(zhì)B的狀態(tài)。-1
kg1mol第十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三4、標準摩爾生成焓①、物質(zhì)B的標準摩爾生成焓:
在溫度T下,由指定參考狀態(tài)單質(zhì)生成物質(zhì)B(νB=+1)的標準摩爾焓變。單位:kJ·mol-1是物質(zhì)B的生成反應的標準摩爾焓變。第十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三參考狀態(tài)單質(zhì):一般是 時最穩(wěn)定的狀態(tài)如:H2(g),O2(g),石墨,白磷P4(s,白)
各種物質(zhì)的多數(shù)小于零。
同類型化合物的 與穩(wěn)定性的關系:如:HF(g)-271.1kJ/molHCl(g)-92.307kJ/mol
HBr(g)-36.4kJ/molHI(g)26.48kJ/molp.228第二十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三②、由標準摩爾生成焓求反應的標準摩爾焓變第二十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三始態(tài)終態(tài)
Hess定律:
化學反應不管是一步完成還是分幾步完成,其反應熱總是相同的。中間態(tài)五、Hess定律第二十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例1:已知298.15K下,反應計算298.15K下,CO的標準摩爾生成焓。Hess定律的應用:利用方程式組合計算反應的標準摩爾焓變。第二十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三解法一:利用Hess定律途徑1途徑2第二十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三解法二:第二十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例2:已知298K,標準狀態(tài)下第二十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例3:已知298K,標準狀態(tài)下第二十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三2.1.3自發(fā)變化和熵一、自發(fā)變化水從高處流向低處;熱從高溫物體傳向低溫物體;鐵在潮濕的空氣中銹蝕;鋅置換硫酸銅溶液反應:
在沒有外界作用下,系統(tǒng)自身發(fā)生變化的過程稱為自發(fā)變化。Zn(s)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(s)第二十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三許多放熱反應能夠自發(fā)進行。例如:最低能量原理(焓變判據(jù)):
1878年,法國化學家貝赫特洛和丹麥化學家湯姆森提出:自發(fā)的化學反應趨向于使系統(tǒng)放出最多的能量。二、焓和自發(fā)變化H2(g)+O2(g)H2O(l)(298K)=-285.83kJ·mol-1H+(aq)+OH-(aq)H2O(l)(298K)=-55.84kJ·mol-1第二十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
焓變只是影響反應自發(fā)性的因素之一,但不是唯一的影響因素。有些吸熱反應也能自發(fā)進行。例如:H2O(l)H2O(g)CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)NH4Cl(s)→NH4+(aq)+Cl-(aq)N2O5(s)→2NO2
(g)+1/2O2
(g)=9.76kJ·mol-1=178.32kJ·mol-1=44.0kJ·mol-1=109.5kJ·mol-1第三十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
1、混亂度、冰的融化、建筑物的倒塌
系統(tǒng)有趨向于最大混亂度的傾向,系統(tǒng)混亂度增大有利于反應自發(fā)地進行。三、混亂度、熵和微觀狀態(tài)數(shù)許多自發(fā)過程有混亂度增加的趨勢。
熵是表示系統(tǒng)中微觀粒子混亂度的一個熱力學函數(shù),其符號為S。第三十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三3分子(3位置)3分子(4位置)2分子(4位置)2、熵和微觀狀態(tài)數(shù)第三十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三粒子位置越多,數(shù)目越少,粒子的活動范圍就愈大,而系統(tǒng)的微觀狀態(tài)數(shù)就愈多,系統(tǒng)的混亂度愈大。系統(tǒng)
微觀
粒子數(shù)
位置數(shù)
微觀
狀態(tài)數(shù)
(1)
3
3
1
(2)
3
4
4
(3)
2
4
6
第三十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三熵與微觀狀態(tài)數(shù):
1878年,波爾茲曼提出了熵與微觀狀態(tài)數(shù)的關系。Ω---微觀狀態(tài)數(shù)
k---波爾茲曼常量
S=klnΩ
系統(tǒng)的混亂度愈大,熵愈大。
熵是狀態(tài)函數(shù),熵的變化只與始態(tài)、終態(tài)有關,而與途徑無關。第三十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三1、熱力學第三定律四、熱力學第三定律和標準熵
純物質(zhì)完整有序晶體在0K時的熵值為零。
S*(完整晶體,0K)=01906年,[德]W.H.Nernst提出,后經(jīng)[德]M.Planck和[美]G.N.Lewis等改進。2、標準摩爾熵純物質(zhì)完整有序晶體溫度變化:0KTK
△S=ST-S0=ST
ST--規(guī)定熵(絕對熵)第三十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三在某溫度T和標準壓強下,單位物質(zhì)的量的某純物質(zhì)B的規(guī)定熵稱為B的標準摩爾熵。其符號為:(B,相態(tài),T),單位是J·mol-1·K-1(單質(zhì),相態(tài),298.15K)>0標準摩爾熵的一些規(guī)律:
1)、同一物質(zhì),聚集狀態(tài)不同,熵值也不同。(s)<(l)<(g)2)、結(jié)構(gòu)相似,相對分子質(zhì)量不同的物質(zhì),隨相對分子質(zhì)量增大而增大。
(HF)<(HCl)<(HBr)<(HI)第三十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三3)、相對分子質(zhì)量相近,分子結(jié)構(gòu)復雜的,其大。(CH3OCH3,g)<(CH3CH2OH,g)例:、氣體等溫膨脹、鹽從過飽和水溶液中結(jié)晶出來、2Na(s)+Cl2(g)=2NaCl(s)、C(石墨)+CO2(g)=2CO(g)、I2(s)I2(g)第三十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三熵變規(guī)律:
對于有氣體參加的反應,根據(jù)反應前后氣體物質(zhì)的量(Δn),判斷熵變(ΔS)大小。當Δn>0,ΔS>0;當Δn<0,ΔS<0;當Δn=0,ΔS=0。⑥、2O3(g)3O2(g)⑦、2CO(g)+O2(g)2CO2(g)第三十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三1、化學反應熵變的計算五、化學反應熵變和熱力學第二定律(B,相態(tài),298.15K)(298.15K)=∑νB>0,有利于反應正向自發(fā)進行。
根據(jù)狀態(tài)函數(shù)的特征,利用標準摩爾熵,可以計算298.15K時的反應的標準摩爾熵變。第三十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三自發(fā)變化0>總DS平衡狀態(tài)非自發(fā)變化總DS0總DS0=2、熱力學第二定律(開爾文和克勞修斯)
在任何自發(fā)過程中,系統(tǒng)和環(huán)境的熵變化的總和是增加的。第四十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三2.1.4
Gibbs函數(shù)一、Gibbs函數(shù)判據(jù)G--Gibbs函數(shù)(Gibbs自由能)
G是狀態(tài)函數(shù),單位:kJ.mol-1Gibbs函變判據(jù):
在定溫定壓下,任何自發(fā)變化總是系統(tǒng)的Gibbs函數(shù)減小。
反應是自發(fā)的,能正向進行0<DG
反應是非自發(fā)的,能逆向進行0>DG反應處于平衡狀態(tài)。0=DGSTHGD-D=D定義:G=H-TS第四十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三所有溫度下,反應都能正向進行高溫時,反應正向進行低溫時,反應正向進行所有溫度下,反應都不能正向進行受溫度的影響:GΔ③②④①第四十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三ΔG=0ΔG>0ΔG<0①②③④ΔGTT轉(zhuǎn)第四十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三反應方向轉(zhuǎn)變溫度的估算:的影響,則,壓力對如果忽略溫度,mrSDmrHD時,當0mr=DG第四十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三1、標準摩爾生成Gibbs函數(shù)
在溫度TK下,由參考狀態(tài)的單質(zhì)生成1mol物質(zhì)B(且νB=+1時)的標準摩爾Gibbs函數(shù)變,稱為物質(zhì)B的標準摩爾生成Gibbs函數(shù)。二、標準摩爾Gibbs函數(shù)計算(B,相態(tài),T),單位是kJ·mol-1(參考態(tài)單質(zhì),T)=0(H+,T)=0第四十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三2、用
計算(B,相態(tài),T)對于化學反應:0=ΣνBB(B,相態(tài),298.15K)(298.15K)=∑νB(T)≈(298.15K)-T(298.15K)如果T≠298.15K用
只能判斷標準狀態(tài)下反應的方向。第四十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三②.計算
=-T=-T(298.15K)~-T(T)(298.15K)(298.15K)~①.用計算(B,相態(tài),T)3、標準摩爾Gibbs函變計算第四十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
N2(g)+3H2
(g)=2NH3
(g)△fGmθ
0
0-16.45△fHmθ
0
0-46.11Sθ
191.61130.84192.45例:根據(jù)附表數(shù)據(jù),計算合成氨反應
N2(g)+3H2(g)
=2NH3(g)的(298.15K)和(673K)
。第四十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三4、非標準態(tài)ΔrGm的計算范特霍夫等溫方程式:JRT(T)ln+=(T)反應商:J對于一般的化學反應:aA(g)+bB(aq)+cC(s)xX(g)+yY(aq)+zZ(l)def反應達到平衡時,(T)=0,J=RTln=-(T)標準平衡常數(shù)第四十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三計算在298.15K時,Ag2O固體在空氣中能否自動分解為Ag和O2?例:已知:第五十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三解:298.15K時反應的標準摩爾吉布斯函數(shù)變和反應商分別為:空氣中O2
的體積分數(shù):
第五十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三作業(yè)1:2CuO
(s)+C(s)=2Cu(s)+CO2(g)2Fe2O3(s)+3C(s)=4Fe(s)
+3CO2(g)已知Fe2O3(s)、CuO(s)和CO2(g)的△fGmθ分別為-637.0,-91.98和-395.4kJ/mol,試計算在700K時下列鐵、銅氧化物發(fā)生反應的△rGmθ。哪一個氧化物在木材燃燒的火焰(大約產(chǎn)生700K的高溫)中可用碳還原?第五十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三求298K時,該反應的,以及該反應在可自發(fā)進行的最低溫度。作業(yè)2:第五十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三特征:(1)系統(tǒng)的組成不再隨時間而變;(2)化學平衡是動態(tài)平衡;(3)平衡是相對的,條件改變,平衡移動。在一定條件下,可逆反應處于化學平衡狀態(tài):1、化學平衡的基本特征2.1.5化學平衡一、標準平衡常數(shù)第五十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三對于一般的化學反應:
是溫度的函數(shù),與濃度、分壓無關。注意:1)、標準平衡常數(shù)表達式必須與化學反應計量式相對應。2)、反應中的固體、溶劑,純液體不寫入表達式中。單位:?無量綱2、標準平衡常數(shù)表達式第五十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三對于溶液中的反應:對于氣相反應:Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)第五十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三寫出下列反應的標準平衡常數(shù)表達式:(1)N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)(2)Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)Sn4+(aq)+2Fe2+(aq)(3)ZnS(s)+2H3O+(aq)
Zn2+(aq)+H2S(g)+2H2O(l)第五十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三22HI(g)
(g)I21(g)H21+()1/22HI(g)(g)I(g)H22+=()-1]
/)I(][
/)H([]
/)HI([222pppppp=第五十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
多重平衡原理=·=0.45×0.051=0.023
③2BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)的。例題:已知25℃時反應
②I2(g)+Br2(g)2IBr(g)的=0.051
計算反應:①2BrCl(g)Cl2(g)+Br2(g)的=0.45解:反應①+②得:2BrCl(g)+I2(g)2IBr(g)+Cl2(g)在一定溫度下,若一反應表示為多個反應之和或差,則該反應的標準平衡常數(shù)為各反應標準平衡常數(shù)之積或商。第五十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三3、標準平衡常數(shù)與吉布斯函數(shù)變關系對于一般的化學反應:任意狀態(tài)下:aA(g)+bB(aq)+cC(s)xX(g)+yY(aq)+zZ(l)JRT(T)ln+=(T)反應達到平衡時,(T)=0,J=RTln=-(T)(T)JRT(T)ln+=-RTln第六十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例:298.15K時,SO2(g),SO3(g)的標準摩爾生成吉布斯函數(shù)分別為-300.19kJ·mol-1和-371.06kJ·mol-1。計算該溫度下下列反應的標準平衡常數(shù)。解:298.15K時,反應的標準摩爾吉布斯函數(shù)變?yōu)?第六十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三298.15K時,反應的標準平衡常數(shù)為:第六十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三K
不太大也不太小(如10-3<K
<103),
反應物部分地轉(zhuǎn)化為生成物。K
愈小,反應進行得愈不完全;K
愈大,反應進行得愈完全;1、判斷反應的程度二、標準平衡常數(shù)的應用第六十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三JRT(T)ln+=(T)反應達到平衡時,(T)=0,J=RTln=-(T)(T)JRT(T)ln+=-RTlnJ(T)=-RTln2、預測反應的方向?qū)τ谝话愕幕瘜W反應:第六十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三反應商判據(jù):反應正向進行<KJ0<反應處于平衡=KJ0=反應逆向進行>KJ0>第六十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例:已知298.15K時,可逆反應:Pb2+(aq)+Sn(s)
Pb(s)+Sn2+(aq)的標準平衡常數(shù),若反應分別從下列情況開始,試判斷可逆反應進行的方向。(1)Pb2+和Sn2+的濃度均為0.10mol·L-1;(2)Pb2+的濃度為0.10mol·L-1,Sn2+的濃度為1.0mol·L-1。解:(1)、反應商為:第六十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三由于
因此在298.15K時反應正向自發(fā)進行。由于因此在298.15K時反應逆向自發(fā)進行。(2)反應商為:第六十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例:已知反應CO(g)+Cl2(g)COCl2(g),在恒溫恒容條件下進行,373K時K
=1.5108。反應開始時c0(CO)=0.0350mol·L-1,
c0(Cl2)=0.0270mol·L-1,c0(COCl2)=0。計算373K反應達到平衡時各物種的分壓和CO的平衡轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率α:3、計算平衡的組成100%解:pV=nRT因為T、V不變,p∝nB第六十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三p0(CO)=(0.0350×8.314×373)kPa=108.5kPap0(Cl2)=(0.0270×8.314×373)kPa=83.7kPa
CO(g)+Cl2(g)COCl2(g)開始cB/(mol·L-1)0.03500.02700開始pB/kPa108.583.70轉(zhuǎn)化pB/kPa
83.7-x
83.7-x
83.7-x平衡pB/kPa24.8+x
x83.7-x第六十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三平衡時:p(CO)=24.8kPa,p(Cl2)=2.310-6kPa
p(COCl2)=83.7kPa假設83.7-x≈83.7,24.8+x≈24.8。因為K
很大,x很小,第七十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
化學平衡的移動:當外界條件改變時,化學反應從一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種平衡狀態(tài)的過程。對于溶液中的化學反應,平衡時,J=K
當c(反應物)增大或c(生成物)減小時,J<K
平衡向正向移動。當c(反應物)減小或c(生成物)增大時,J>K
平衡向逆向移動。1、濃度對化學平衡的影響三、化學平衡的移動第七十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三(1)當c(Ag+)=1.00×10-2mol·L-1,c(Fe2+)=0.100mol·L-1,c(Fe3+)=1.00×10-3mol·L-1時反應向哪一方向進行?(2)平衡時,Ag+、Fe2+、Fe3+的濃度各為多少?(3)Ag+的轉(zhuǎn)化率為多少?(4)如果保持Ag+、Fe3+的初始濃度不變,使c(Fe2+)增大至0.300mol·L-1,求Ag+的轉(zhuǎn)化率。例
:25oC時,反應Fe2+(aq)+Ag+(aq)
Fe3+(aq)+Ag(s)
的K
=3.2。第七十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三解:(1)、計算反應商,判斷反應方向
J<K
,反應正向進行。開始cB/(mol·L-1)轉(zhuǎn)化cB/(mol·L-1)平衡cB/(mol·L-1)
(2)、Fe2+(aq)+Ag+(aq)Fe3+(aq)+Ag(s)0.1001.00×10-2
1.00×10-3
-x-x
x0.100-x1.00×10-2-x
1.00×10-3+x第七十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三c(Ag+)=8.4×10-3mol·L-1,c(Fe2+)=9.84×10-2
mol·L-1c(Fe3+)=2.6×10-3mol·L-13.2x2-1.352x+2.2×10-3=0
x=1.6×10-3第七十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三(3)、求Ag+的轉(zhuǎn)化率
第七十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三初始cB/(mol·L-1)
轉(zhuǎn)化cB/(mol·L-1)平衡cB/(mol·L-1)
(4)、設達到新的平衡時Ag+的轉(zhuǎn)化率為α2Fe2+(aq)+Ag+(aq)
Fe3+(aq)+Ag(s)0.31.00×10-21.00×10-31.00×10-2α2
1.00×10-2α2
1.00×10-2α20.300-1.00×10-2×1.00×10-3+1.00×10-2α2(1-α2)1.00×10-2
α2說明反應向右進行第七十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
如果保持溫度、體積不變,增大反應物的分壓或減小生成物的分壓,使J減小,導致J<K
,平衡向正向移動。反之,減小反應物的分壓或增大生成物的分壓,使J增大,導致J>K
,平衡向逆向移動。1)、某組分分壓的改變(P分):2、壓力對化學平衡的影響第七十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三2)、體積改變引起壓力的變化(P總):對于有氣體參與的化學反應
aA(g)+bB(g)yY(g)+zZ(g)xJBnS=平衡時,恒溫下增大壓強,體積為原體積的1/x(x>1)時:第七十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
對于氣體分子數(shù)增加的反應,ΣB>0,x
ΣB>1,J>K
,平衡向逆向移動,即向氣體分子數(shù)減小的方向移動。
對于氣體分子數(shù)減小的反應,ΣB<0,xΣB<1,J<K,平衡向正向移動,即向氣體分子數(shù)減小的方向移動。
對于反應前后氣體分子數(shù)不變的反應,ΣB=0,xΣB=1,J=K,平衡不移動。第七十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
①在惰性氣體存在下達到平衡后,再恒溫壓縮,ΣB≠0,平衡向氣體分子數(shù)減小的方向移動,Σ
B=0,平衡不移動。
③對恒溫恒壓下已達到平衡的反應,引入惰性氣體,總壓不變,體積增大,反應物和生成物分壓減小,如果Σ
B≠0,平衡向氣體分子數(shù)增大的方向移動。
②對恒溫恒容下已達到平衡的反應,引入惰性氣體,反應物和生成物pB不變,J=K,平衡不移動。3)、惰性氣體的影響:第八十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
例題:某容器中充有N2O4(g)和NO2(g)混合物,n(N2O4):n(NO2)=10:1。在308K,0.100MPa條件下,發(fā)生反應:
(1)、計算平衡時各物質(zhì)的分壓;
(2)、使該反應系統(tǒng)體積減小到原來的1/2,反應在308K,0.200MPa條件下進行,平衡向何方移動?N2O4(g)2NO2(g)
K
(308K)=0.315第八十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三解:(1)、反應在恒溫恒壓條件下進行。平衡時pB/kPa平衡時nB/mol1.00-x0.10+2x開始時nB/mol1.00
0.100N2O4(g)2NO2(g)以1molN2O4為計算基準。n總=1.10+x第八十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三第八十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三第八十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
K
(T)是溫度的函數(shù)。溫度變化引起K
(T)的變化,導致化學平衡的移動。
對于放熱反應,<0,溫度升高,K減小,
J>K
,平衡向逆向移動。
對于吸熱反應,>0,溫度升高,K
增大,J<K
,平衡向正向移動。-D=21mr1211lnTTRHKK3、溫度對化學平衡的影響第八十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例:已知1048K時,CaCO3
的分解壓力為14.59kPa,分解反應的標準摩爾焓變?yōu)?09.32kJ·mol-1。計算1128K時CaCO3
的分解壓力。解:CaCO3
分解反應為:
CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)1048K時,CaCO3
分解反應的標準平衡常數(shù)為:第八十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三1128K時CaCO3
分解反應的標準平衡常數(shù)為:
1128K時CaCO3分解壓力為:第八十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
如果改變平衡系統(tǒng)的條件之一(濃度、壓力和溫度),平衡就向能減弱這種改變的方向移動。呂·查德里原理只適用于處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng),也適用于相平衡系統(tǒng)。1848年,法國科學家呂·查德里提出:4、LeChatelier原理第八十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三催化劑不能使化學平衡發(fā)生移動。
催化劑使正、逆反應的活化能減小相同的量,同等倍數(shù)增大正、逆反應速率系數(shù),但不能改變標準平衡常數(shù),也不改變反應商。
催化劑只能縮短反應達到平衡的時間,不能改變平衡組成。5、催化劑對化學平衡的影響第八十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例1:物質(zhì)的標準摩爾生成焓的定義是( )。(A)在標準狀態(tài)下,由指定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時反應的熱效應;(B)在0℃及標準狀態(tài)下,由指定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時反應的熱效應;(C)在298K及標準狀態(tài)下,由指定單質(zhì)生成1mol某物質(zhì)時反應的熱效應;(D)在298K及標準狀態(tài)下,由指定單質(zhì)生成一定量的某物質(zhì)時反應的熱效應。練習題第九十頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
例2:下列物質(zhì)中,298K時標準摩爾生成焓為零的是()(A)C(金剛石)
(B)P4(白磷,s)
(C)O3(g)
(D)I2(g)
例3:在298K標準狀態(tài)下,穩(wěn)定的純態(tài)單質(zhì)的標準熵不為零。( )例4:恒溫下,下列反應中熵變最大的是.( )。(A)CO2(g)→C(s)+O2(g);(B)2SO3(g)→2SO2(g)+O2(g);(C)CaSO4·2H2O(s)→CaSO4(s)+2H2O(l);(D)2NH3(g)→3H2(g)+N2(g)。第九十一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例5:下列反應中,其反應的△rG與相對應的生成物的△fG值相同的是( )。(A)H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l)
(B)2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)
(C)N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)
(D)1/2N2(g)+3/2H2(g)→NH3(g)例6:某反應在一定條件下,△rGm<0,則下列各項中,正確的是( )。(A)該反應在此條件下必定向正反應方向進行;(B)該反應在任意條件下必定能向正反應方向進行;(C)該反應在標準態(tài)下必定向正反應方向進行;(D)該反應在此條件下必定向逆反應方向進行。第九十二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三例8:在一定溫度下,某化學反應各物質(zhì)起始濃度改變,平衡濃度改變,因此,標準平衡常數(shù)也改變( )。在一定溫度下,某化學反應的標準平衡常數(shù)的數(shù)值與反應方程式有關()。例7:某溫度時,反應N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)的K=a,則反應1/2N2(g)+3/2H2(g)=NH3(g)的K=( )。(A)a
(B)a2
(C)1/a
(D)a1/2第九十三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三快:
如:爆炸反應、中和反應、離子反應。慢:
如:金屬腐蝕、橡膠、塑料老化、有機反應?;瘜W反應有快有慢第九十四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三2.2化學動力學2.2.1化學反應速率的定義2.2.2反應速率理論和反應機理2.2.3影響反應速率的因素第九十五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三2.2.1化學反應速率的定義反應速率:通常以單位時間內(nèi)某一反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示。
aA+bB→cC+dDt1時的濃度c(A)1c(B)1
c(C)1
c(D)1t2時的濃度c(A)2c(B)2
c(C)2
c(D)2單位:mol·L-1·S-1;mol·L-1·min-1;mol·L-1·h-1則平均速率為:?c(A)?t(A)=-?c(B)?t(B)=-?c(C)?t(C)=(D)
=?c(D)?t第九十六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三
反應
2N2O5
→4NO2+O2開始濃度/(mol·L-1)2.1000100秒濃度/(mol·L-1)
1.950.300.075例:υ(N2O5):υ(NO2):υ(O2)=2:4:1
即等于反應式相應物質(zhì)分子式前的系數(shù)比υ(N2O5)=-
=-
=1.5×10-3mol·L-1·s-1?c(N2O5)(1.95-2.10)mol·L-1
?t100s
=3.0×10-3mol·L-1·s-1υ(NO2)=
=
?c(NO2)(0.30-0)mol·L-1
?t100s
υ(O2)=
=
=7.5×10-4mol·L-1·s-1?c(O2)(0.075-0)mol·L-1
?t100s
第九十七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三瞬時速率:?t→0υ(N2O5)=lim=?c(N2O5)dc(N2O5)?tdt平均速率:υ(N2O5)=-
=-
=1.5×10-3mol·L-1·s-1?c(N2O5)(1.95-2.10)mol·L-1
?t100s
用反應進度定義的反應速率:定義:單位體積內(nèi)反應進行程度隨時間的變化率。
aA+bB→cC+dD第九十八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三瞬時速率表示的特點:1、與反應中物質(zhì)的選擇無關;2、與計量數(shù)有關,必須與化學反應計量式相匹配。νν-1νd
ξ1idni1dni1dciVdt
Vdt
iVdtidtυ=·=()=·=
·第九十九頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三3.2反應速率理論和反應機理
1、反應物分子(或原子、離子)之間必須相互碰撞,才有可能發(fā)生化學反應。
2、但反應物分子之間并不是每一次碰撞都能發(fā)生反應。絕大多數(shù)碰撞是無效的彈性碰撞,不能發(fā)生反應。對一般反應來說,事實上只有少數(shù)或極少數(shù)分子碰撞時能發(fā)生反應。一、分子碰撞理論第一百頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三活化分子:發(fā)生有效碰撞的分子有效碰撞——能發(fā)生反應的碰撞。Ec:發(fā)生有效碰撞所必須具備的最低能量。非活化分子(或普通分子)——能量低于Ec的分子?;罨肿印扔诨虺^Ec的分子。第一百零一頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三活化能:反應活化能——活化分子具有的平均能量(E*)與反應物分子的平均能量(E)之差。Ea=
E*-E大部分分子的能量接近E值,能量大于E分子只占少數(shù)。非活化分子要吸收足夠的能量才能轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨肿?。Ea可以通過實驗測出,屬經(jīng)驗活化能。第一百零二頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三大多數(shù)反應的活化能在60~250kJ·mol-1之間
Ea<42kJ·mol-1的反應,活化分子百分數(shù)大,有效碰撞次數(shù)多,反應速率大,可瞬間進行。如酸堿中和反應Ea>420kJ·mol-1的反應,反應速率很小。如2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)Ea=250.8kJ·mol-1,反應速率較小。第一百零三頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三二、過渡狀態(tài)理論化學反應不是通過反應物分子之間簡單碰撞就能完成的,在碰撞后先要經(jīng)過一個中間的過渡狀態(tài),即首先形成一種活性集團(活化配合物),然后再分解為產(chǎn)物。++
反應物活化配合物生成物(始態(tài))(過渡狀態(tài))
(終態(tài))如
NO2+CO→[ONOCO]→NO+CO2
第一百零四頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三可逆反應:?rHm=Ea,正-Ea,逆正反應:放熱?rHm<0,
Ea,正<Ea,逆吸熱?rHm>0,
Ea,正>Ea,逆如
NO2+CO→[ONOCO]→NO+CO2
acbacbEa,正Ea,逆?rHm勢能反應進程第一百零五頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三3.3影響反應速率的因素一、反應物濃度(或分壓)對反應速率的影響1、基元反應:反應物一步就直接轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。如:2NO2→2NO+O2NO2+CO→NO+CO22、非基元反應:反應物經(jīng)過若干步(若干個基元反應步驟)才轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。如2NO+2H2→N2+2H2O①2NO+H2→N2+H2O2②H2O2+H2→2H2OH2+I2(g)→2HI①I2(g)→2I(g)②H2+2I(g)→2HI(g)第一百零六頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三3、質(zhì)量作用定律對基元反應,在一定溫度下,其反應速率與各反應物濃度冪的乘積成正比。如:基元反應aA+bB→cC+dD
υ=kc{c(A)}a{c(B)}b(1)υ為瞬時速率。(2)kc為速率常數(shù),反應物為單位濃度時的反應速率,kc越大,給定條件下的反應速率越大。同一反應,kc與反應物濃度、分壓無關,與反應的性質(zhì)、溫度,催化劑等有關。(3)式中各濃度項的冪次之和(a+b)為反應級數(shù)。第一百零七頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三4、化學反應速率方程式對于一般的化學反應:
α,β—反應級數(shù):若α=1,A為一級反應;β=2,B為二級反應,則α+β=3,總反應級數(shù)為3。α,β必須通過實驗確定其值。通常α≠a,β≠b。
k—反應速率系數(shù):零級反應mol·L-1·s-1;一級反應s-1;二級反應(mol·L-1)-1·s-1;k
不隨濃度而變,但受溫度,催化劑的影響。第一百零八頁,共一百一十九頁,編輯于2023年,星期三為什么?實際上反應分三步進行:①C2H4Br
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 初中數(shù)學人教版八下19.2.3一次函數(shù)與方程、不等式教案
- 綱要上第29課 改革開放以來的巨大成就 教學設計
- 北師大版七年級上冊初中數(shù)學1.1 生活中的立體圖形 教案
- 20 蜘蛛開店 教學設計
- 21《莊子》二則 北冥有魚(教案)
- 【高效備課】北師大版八(上) 第7章 平行線的證明 3 平行線的判定 教案
- 《觀察物體》(教學設計)人教版二年級上冊數(shù)學
- 【核心素養(yǎng)目標】第八章 運動和力第3節(jié) 摩擦力(教案 )八年級物理下冊(人教版)
- 第4單元 14.普羅米修斯2024-2025學年四年級語文上冊同步備課配套教案
- 籃球運球(教案) 體育二年級下冊
- 帶答案電生理起搏培訓考試模擬試題
- 國防光纜保護方案
- 線性代數(shù)教案-同濟版
- 水稻直播高產(chǎn)栽培技術
- 屋面掛瓦施工方案2(全面完整版)
- 《股票交易24招》
- 幼兒小班體能測評表(共3頁)
- 上海蓮花河畔景苑小區(qū)13層樓倒塌工程事故分析及處理
- 酒店開支收入明細
- 商業(yè)發(fā)票模板(INVOICE)
- 八年級數(shù)學上冊《多邊形的內(nèi)角和》教學設計范文(精選3篇)
評論
0/150
提交評論