第五章-化學(xué)平衡剖析課件

2023/7/19第五章化學(xué)平衡研究化學(xué)平衡的意義：1.用熱力學(xué)方法研究在反應(yīng)條件下的反應(yīng)方向和極限產(chǎn)率；2.改變溫度得到更大的平衡轉(zhuǎn)化率，或溫度不變時(shí)改變壓力、物料配比等，得到更大的產(chǎn)率；3.通過(guò)理論計(jì)算同實(shí)際生產(chǎn)對(duì)比，估計(jì)提高產(chǎn)率的幅度，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的反應(yīng)工藝條件。2023/7/192023/7/19化學(xué)平衡的概念（即化學(xué)反應(yīng)為什么不進(jìn)行到底）原模型：無(wú)混和只有少數(shù)實(shí)際反應(yīng)可以進(jìn)行到底，例如CaCO3分解實(shí)際反應(yīng)：有混和，，有混和效應(yīng)本章重點(diǎn)：化學(xué)平衡的熱力學(xué)本質(zhì)(結(jié)果：反應(yīng)不進(jìn)行完全，而留下部分反應(yīng)物參與混和過(guò)程。)(結(jié)果：反應(yīng)會(huì)進(jìn)行到底)2023/7/195-1化學(xué)反應(yīng)的方向和限度2023/7/19（1）化學(xué)反應(yīng)的限度H2+O2→H2O(電火花)單向反應(yīng)雙向反應(yīng)H2+O2H2O一定條件下，反應(yīng)朝哪個(gè)方向進(jìn)行？H2+I2→HI:反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)什么時(shí)候平衡？2023/7/19①若A，B不混合：（2）反應(yīng)系統(tǒng)的吉布斯自由能2023/7/19②實(shí)際反應(yīng)：A和B要混合，若它們都是理想氣體，則2023/7/19=為什么化學(xué)反應(yīng)不能進(jìn)行到底？（限度）以AB為例，反應(yīng)過(guò)程中G隨反應(yīng)過(guò)程的變化如圖：因A，B混合而使反應(yīng)吉布斯自由能降低，曲線存在一個(gè)最低點(diǎn)，即是平衡點(diǎn)，反應(yīng)只能進(jìn)行到此平衡點(diǎn)。A不能完全轉(zhuǎn)化為B。2023/7/19（3）化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)和等溫方程設(shè)有理想氣體的化學(xué)反應(yīng)：當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，有：2023/7/19理想氣體化學(xué)勢(shì)：代入上式則：2023/7/19式中，pG、pH

、pA、pB代表平衡時(shí)的分壓，當(dāng)溫度一定時(shí)，等式右邊為常數(shù)，則：令常數(shù)!標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)2023/7/19即得（范特霍夫等溫方程）推廣2023/7/19例：①

②

注意：（1）表示平衡時(shí)各組分的分壓比上標(biāo)準(zhǔn)壓力的系數(shù)次方的乘積，表示在反應(yīng)進(jìn)行的任意瞬間，各組分的分壓比上標(biāo)準(zhǔn)壓力的系數(shù)次方的乘積。（2）對(duì)特定的反應(yīng)方程來(lái)說(shuō)，只與溫度有關(guān)。（3）與化學(xué)方程式的寫(xiě)法有關(guān)?；瘜W(xué)平衡和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)2023/7/19當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，化學(xué)平衡和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)2023/7/19范特霍夫等溫方程作用：判斷化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性及反應(yīng)的限度:等溫等壓2023/7/19能正向自發(fā)進(jìn)行B.能逆向自發(fā)進(jìn)行 C.不能判斷 D.不能進(jìn)行判斷該反應(yīng)能否進(jìn)行()例.在等溫等壓下，當(dāng)反應(yīng)的時(shí)2023/7/194-2反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化2023/7/19（1）化學(xué)反應(yīng)的任意化學(xué)反應(yīng)的等溫方程：其中：2023/7/19（2）物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布自由能實(shí)際應(yīng)用中標(biāo)準(zhǔn)生成吉布自由能2023/7/19(a)由和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)?；瘜W(xué)平衡和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（3）反應(yīng)的及的求算2023/7/19查表！2023/7/19

穩(wěn)定狀態(tài)的單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯函數(shù)為零！

恒溫下由標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的穩(wěn)定單質(zhì)，生成一摩爾標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的指定相態(tài)化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾吉布斯函數(shù)變化。（b）由計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)查表！化學(xué)平衡和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)2023/7/19（c）由有關(guān)反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)計(jì)算

已知298K時(shí)反應(yīng)

求：解：反應(yīng)（3）=2×（1）-（2）

則：因此：2023/7/194-3平衡常數(shù)的各種表示法1.氣相反應(yīng)2023/7/19Kp只是溫度的函數(shù)，可以有量綱。2023/7/19Kx是溫度，壓力的函數(shù)(2)用摩爾分?jǐn)?shù)表示的平衡常數(shù)2023/7/19（3）用物質(zhì)的量表示的Kn

又因?yàn)椋航Y(jié)論：當(dāng)ΣvB=0時(shí)

若反應(yīng)氣體都是理想氣體，反應(yīng)平衡常數(shù)之間有Ka=Kp=Kx的反應(yīng)是：2HI(g)=H2(g)+I2(g)；(2)N2O4(g)=2NO2(g)；(3)CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)；

(4)C(s)+CO2(g)=2CO(g)。[A] (1)(2)； [B] (1)(3)； [C] (3)(4)； [D] (2)(4)2023/7/192023/7/19例題已知反應(yīng)2SO3（g）

2SO2（g）+O2（g）在1000K，2p壓力下達(dá)成平衡時(shí)有25%的SO3分解成SO2和O2，試求反應(yīng)在該溫度下的rGm。

解： 2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)t=0 1 0 0平衡 1－0.25 0.25 0.125 n總

=1.1252023/7/19rG

m=－RTlnK

=－8.314×1000×ln(2.46×10-2)=3.08×104(J·mol-1)

K=Kx(p/p)1

=1.23×10-2×(2*101325/101325)1=2.46×10-2

Kp自己計(jì)算！（根據(jù)Kp與Kx的關(guān)系）2023/7/19化學(xué)平衡和標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)（3）復(fù)相反應(yīng)壓力對(duì)其影響小如果反應(yīng)在一密閉容器中進(jìn)行，則達(dá)到平衡時(shí):2023/7/19分解壓：可得：平衡時(shí)分解反應(yīng)A(s)=B(g)+2C(g)，此反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp與分解壓力p之間關(guān)系為：[A] Kp=4p3

；[B] Kp=4p3/27； [C] Kp=p3/27；[D] Kp=p2

。2023/7/192023/7/194-4平衡常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定2023/7/19熱力學(xué)數(shù)據(jù)→標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)→系統(tǒng)混合物的組成系統(tǒng)混合物的組成→標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)→熱力學(xué)數(shù)據(jù)化學(xué)方法物理方法平衡常數(shù)測(cè)定測(cè)定平衡系統(tǒng)的物理性質(zhì)，如折光率、電導(dǎo)率、顏色、密度、壓力和體積等，導(dǎo)出平衡常數(shù)直接測(cè)定平衡系統(tǒng)組成，計(jì)算平衡常數(shù)2023/7/19例：

已知反應(yīng)CO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)

在800℃時(shí)Kθ=1。(1)若將等物質(zhì)的量CO和H2O(g)在800℃反應(yīng)，求平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率和摩爾分?jǐn)?shù)；(2)若CO

和H2O（g)物質(zhì)的量比為1：5，求CO的平衡轉(zhuǎn)化率和摩爾分?jǐn)?shù)。2023/7/19解：（1）設(shè)CO的轉(zhuǎn)化率為α開(kāi)始1100平衡1-α

1-α

α

α2023/7/19（2）開(kāi)始1500平衡1-α

5-α

α

α2023/7/19例

Ag2CO3(s)

受熱后可以分解成Ag2O(s)和CO2(g)現(xiàn)有潮濕的Ag2CO3(s)用110℃的空氣進(jìn)行干燥，但要求干燥過(guò)程中Ag2CO3(s)

不能分解。試求空氣中CO2(g)的分壓為多少時(shí)才能避免Ag2CO3(s)分解。已知反應(yīng)2023/7/19解：反應(yīng)不能向右進(jìn)行2023/7/194-5溫度對(duì)平衡常數(shù)的影響2023/7/191、溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響

等壓！2023/7/19對(duì)理想氣體反應(yīng)體系，標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)只是溫度的函數(shù)，與壓力無(wú)關(guān)：若，則

與T無(wú)關(guān)，反應(yīng)物<0放熱反應(yīng)產(chǎn)物>0吸熱反應(yīng)平衡移動(dòng)方向T-ˉ--則有：2023/7/19或在T1，T2間作定積分：作用：由已知，求未知對(duì)其作不定積分：2023/7/194-6其它因素對(duì)化學(xué)平衡的影響1、壓力對(duì)化學(xué)平衡的影響2023/7/19（1）若ΣvB＞0：總壓p↑，Kx↓，平衡向左移動(dòng)；總壓p↓，Kx↑，平衡向右移動(dòng)。（2）若ΣvB＜0：總壓p↑，Kx↑，平衡向右移動(dòng)；總壓p↓，Kx↓，平衡向左移動(dòng)。（3）若ΣvB=0:壓力對(duì)Kx無(wú)影響，平衡不隨壓力變化。結(jié)論：增加壓力，平衡向分子數(shù)減少的方向移動(dòng)；減小壓力，平衡向分子數(shù)增加的方向移動(dòng)。