化学平衡PPT讲稿

1、关于化学平衡PPT第一张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 平衡后, 体系中各物质的数量按一定的比例关系不再改变. 一旦外界条件改变, 平衡状态就要发生变化. 平衡状态从宏观上看是静态,实际上是一种动态平衡. 实际生产中需要知道: 如何控制反应条件, 使反应按人们所需要的方向进行; 在给定条件下, 反应进行的最高限度是什么? 大部分化学反应可以几乎同时朝正、反两个方向进行, 在一定条件 (温度, 压力, 浓度)下, 当正反两个方向的反应速度相等时, 体系就达到了平衡状态,平衡状态就是反应的限度.第二张，PPT共五十六页，创作于2022年6月化学平衡是研究化学反应体系的平衡问题( a) 化

2、学反应的方向和限度( b) 各种状态反应的平衡常数表示式( c) 各种条件对化学平衡的影响第三张，PPT共五十六页，创作于2022年6月化学反应体系： 封闭的单相体系，不作非膨胀功，发生了一个化学反应，设为：各物质的变化量必须满足：根据反应进度的定义，可以得到：4.1 化学反应的方向和限度第四张，PPT共五十六页，创作于2022年6月热力学基本方程等温、等压条件下，当时：第五张，PPT共五十六页，创作于2022年6月热力学基本方程这两个公式适用条件：（1）等温、等压、不作非膨胀功的一个化学反应；（2）反应过程中，各物质的化学势 保持不变。 公式（a)表示有限体系中发生微小的变化； 公式(b)表

3、示在大量的体系中发生了反应进度等于1 mol的变化。这时各物质的浓度基本不变，化学势也保持不变。第六张，PPT共五十六页，创作于2022年6月化学反应的方向与限度用 判断都是等效的。反应自发地向右进行反应自发地向左进行，不可能自发向右进行反应达到平衡第七张，PPT共五十六页，创作于2022年6月化学反应的方向与限度用 判断，这相当于 图上曲线的斜率，因为是微小变化，反应进度处于01 mol之间。反应自发向右进行，趋向平衡反应自发向左进行，趋向平衡反应达到平衡第八张，PPT共五十六页，创作于2022年6月为什么化学反应通常不能进行到底？ 严格讲，反应物与产物处于同一体系的反应都是可逆的，不能进行

4、到底。 只有逆反应与正反应相比小到可以忽略不计的反应，可以粗略地认为可以进行到底。这主要是由于存在混合吉布斯自由能的缘故。 第九张，PPT共五十六页，创作于2022年6月为什么化学反应通常不能进行到底？ 将反应为例，在反应过程中吉布斯自由能随反应过程的变化如图所示。R点，D和E未混合时吉布斯自由能之和；P点，D和E混合后吉布斯自由能之和；T点，反应达平衡时，所有物质的吉布斯自由能之总和，包括混合吉布斯自由能；S点，纯产物F的吉布斯自由能。第十张，PPT共五十六页，创作于2022年6月4.2 化学反应等温方程式和平衡常数1.气相反应设气相反应:而第十一张，PPT共五十六页，创作于2022年6月即

5、当反应达到平衡时: rGm = 0即第十二张，PPT共五十六页，创作于2022年6月则:令为平衡常数(无量纲)对理想气体反应:则有:第十三张，PPT共五十六页，创作于2022年6月2. 溶液反应讨论:反应自发向右进行反应自发向左进行反应达到平衡态第十四张，PPT共五十六页，创作于2022年6月例1. 已知反应 C(石墨) + 2H2(g) = CH4(g) 在1000 K的rSm = 98.85 JK1mol1 , rHm = 74.848 kJmol1。若气体（视为理想气体）组成为y(CH4)= 0.10 , y (H2)= 0.80 ， y(N2)= 0.10,试在1000 K及100kP

6、a压力下计算说明甲烷能否生成? 解：rGm =rHm T rSm = 19000 Jmol1 rGm = RT lnK ， K = 0.1017 再据 rGm = rGm + RT lnQp Qp = p(CH4)/p / p(H2)/ p 2 = 0.154 rGm=3 446 Jmol1 0 所以反应不能向右进行,即不能生成甲烷 。第十五张，PPT共五十六页，创作于2022年6月4.3 化学反应平衡常数表示式恒温下, 当反应达到平衡时: 公式中 适用于各种类型的反应(理想气体反应、实际气体反应、溶液反应、多相反应) 的平衡常数的普遍表达式, 然而不同类型的反应可演化出不同的表达式.第十六张

7、，PPT共五十六页，创作于2022年6月1. 气相反应(1) 理想气体反应平衡常数表达式则:是标准平衡常数(或称热力学平衡常数);kp 是经验平衡常数;第十七张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 数值: 时; 与 kp 是不等的.与 kp关系:量纲: 无量纲; 而 kp 一般有量纲, 只有 才无量纲.kp第十八张，PPT共五十六页，创作于2022年6月经验平衡常数通常有下列几种表示方法:(a) 用分压表示平衡常数影响 kp 的因素: 、kp 均为温度的函数.第十九张，PPT共五十六页，创作于2022年6月可见, kc = f (T ), 即 kc只是温度的函数.(b) 用物质的量的浓度表

8、示第二十张，PPT共五十六页，创作于2022年6月(c) 用摩尔分数表示kx 是T 、p 的函数.此外, 上式还可以写为:第二十一张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 kn 非平衡常数.综上所述:即第二十二张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 因为, 与压力无关, 可在低压下求 , 高压下求得 . 可见, 高压下气体反应, 与温度、压力均有关.(2) 实际气体反应平衡常数表达式第二十三张，PPT共五十六页，创作于2022年6月2. 溶液反应由于标准态与气相不同, 故其平衡常数略有差异.对任一反应: dD(l) + eE(l) = gG(l) + hH(l) 平衡时:第二十四张，PP

9、T共五十六页，创作于2022年6月 严格地说,ka 应是T、p 的函数, 但忽略了压力的影响, 故ka 近似看作只与温度有关. 故: 因液体化学势受压力影响不大, 积分项可忽略.第二十五张，PPT共五十六页，创作于2022年6月溶液反应也可以用 kc、kx 表示:即:同理:适用于稀溶液反应. 第二十六张，PPT共五十六页，创作于2022年6月应该指出: 平衡常数与化学反应式写法有关. 显然:第二十七张，PPT共五十六页，创作于2022年6月3. 复相反应 化学反应中, 固、液、气相物质同时存在的反应, 且固、液相不形成固溶体或溶液. 如反应: 纯物质活度等于1,且反应一般在低压下进行, 故有

10、称为分解压即分解反应达平衡时的体系总压力.第二十八张，PPT共五十六页，创作于2022年6月分解压为: 若分解产物不止一种气体, 则产物总压总等于分解压, 如第二十九张，PPT共五十六页，创作于2022年6月例2. 在温度恒定于375 K的抽空容器中，放入Cl2(g) 与 SO2(g)。若它们之间不发生反应时，则分压力分别为47 836 Pa 与44 786 Pa。但因发生反应，故反应达平衡时，系统的总压力为86100 Pa。 (1)反应SO2Cl2(g) = SO2(g) + Cl2(g) 在375 K下的 rGm ； (2)在375 K下，将纯SO2Cl2(g) 放入一抽空容器中，反应达平

11、衡时，系统的总压为101 325 Pa。求SO2Cl2(g) 的解离度。 ( p =100 kPa)第三十张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 解：（1） SO2Cl2（g） = SO2 （g） + Cl2（g） 开始时 0 p(SO2)0 p (Cl2)0平衡时 p(SO2Cl2) p(SO2)0p(SO2Cl2) p(Cl2)0p(SO2Cl2)则 p(总)= p(SO2Cl2) + p(SO2)0 p(SO2Cl2) + p(Cl2)0 p(SO2Cl2)得 p(SO2Cl2)=6619 Pa反应在375 K的 K = p(SO2)0 p(SO2Cl2) / p p(Cl2)0 p

12、(SO2Cl2) / p / p(SO2Cl2) / p 则 K = 2.725 rGm = RTln K = 3125 Jmol1 （2） SO2Cl2（g） = SO2 Cl2（g） + Cl2（g） 平衡时 n/mol 1(1-) 1 1 = (1+) molK = p(总) / p = =0.854 第三十一张，PPT共五十六页，创作于2022年6月4.4 反应标准态Gibbs自由能变 平衡常数为一重要的数量, 但实验测定有一定的局限性, 甚至无法测定, 为此可借助热力学的方法. 因 与平衡常数直接相关, 故 有重要的意义.(1) 作为反应的限度已知: 当 为一很大的负值时, 很大,

13、平衡位置距产物近, 反应较完全. 当 为一很大的正值时, 很小, 平衡位置距反应物近, 反应几乎没有进行.第三十二张，PPT共五十六页，创作于2022年6月故rGm作为反应方向的判据. 一般情况下, 不能作为反应方向的判据(反应在标准态下例外), 因通常情况下反应不在标准态下进行, 此时由下式来判断反应方向.值得指出: 可见, 是反应限度的量度.第三十三张，PPT共五十六页，创作于2022年6月(2) 可大体估计反应的可能性 由式 知, 当 值很大时, 基本决定了rGm的符号.如: 298.15K时, 反应据式:求得氧气的平衡分压为:第三十四张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 就是说,

14、 当 时,方能使rGm 0. 显然这样低的压力是达不到的. 要使反应不能进行, 必须rGm0, 或 Qpkp ,即 : 故 值很大时,可估计反应的可能性.一般地:反应不能进行.反应可自发进行. 在 范围内可调节Qp 值改变反应方向.第三十五张，PPT共五十六页，创作于2022年6月(3) 间接计算 和平衡常数如反应:(a) (b)得:第三十六张，PPT共五十六页，创作于2022年6月(d) 由式 反算(c) 电池电动势法(b) 标准生成Gibbs自由能法(a) 热化学方法的求算:第三十七张，PPT共五十六页，创作于2022年6月4.5 标准生成Gibbs自由能与平衡常数的计算1. 物质的标准摩

15、尔生成Gibbs自由能 在反应温度 T、100kPa 压力下由稳定单质生成1mol 化合物B的 Gibbs 自由能变化称为该化合物的标准摩尔生成 Gibbs自由能, 用 表示.相对标准:如反应:第三十八张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 在反应温度 T、标准压力下稳定单质溶于大量水中生成 1mol离子过程的Gibbs自由能变化即为该离子的生成 Gibbs 自由能.规定:离子生成 Gibbs自由能: 第三十九张，PPT共五十六页，创作于2022年6月2. 溶液中物质的标准摩尔生成Gibbs自由能 对溶液反应, 溶质不是纯态. 其标准态规定为: 在指定温度T、1kPa压力时,m=m(或c

16、= c) 时服从亨利定律的状态. 该状态下溶质B的标准摩尔生成 Gibbs自由能由下两种方法求得：(a) 饱和蒸气压法 B(纯s或l, p*)B(m, aq, 平衡分压pB)所以:第四十张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 如: (b) 饱和溶解度法显然: B(纯s或l, p)B(饱和溶液, p, ms,B,m,)B(m, aq)而所以:第四十一张，PPT共五十六页，创作于2022年6月4.6 各种因素对化学反应平衡的影响影响因素分为两类: 温度T, 改变 k; 压力p、惰性气体. 不改变k, 但平衡组成发生变化, 导致平衡移动.1. 温度对化学平衡的影响已知:由Gibbs-Helmho

17、ltz方程:第四十二张，PPT共五十六页，创作于2022年6月对放热反应:温度升高, k减小;讨论:对吸热反应:温度升高, k增大;得到:第四十三张，PPT共五十六页，创作于2022年6月定量关系: (1) 当 不随温度变化时(即Cp = 0 或温变范围不大).定积分:不定积分:I 可由某一温度时 k求的.第四十四张，PPT共五十六页，创作于2022年6月此时: (2) 当Cp 0 或温变范围较大时， 不是常数。第四十五张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 若已知 I 和H0 , 可求的任意温度时的 或 k. I 为积分常数,代入 可求的:积分:第四十六张，PPT共五十六页，创作于202

18、2年6月 例4.已知各物质在298.15K时的热力学函数数据如下： 物质 C2H5OH(g) C2H4(g) H2O(g) f Hm / kJmol1 235.30 52.283 241.80 Sm / J mol1K1 282.0 219.45 188.74 对下列反应： C2H5OH(g) C2H4(g) + H2O(g) （1）求25时的rGm (298.15K)及 K (298.15K)； （2）试估算400 K时的K (400 K)。（假定r Hm 为常数）。第四十七张，PPT共五十六页，创作于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第四十八张，PPT共五十六页，创作于2022年6月（2） ln ln K (400 K) = 4.10 第四十九张，PPT共五十六页，创作于2022年6月2. 压力对化学平衡的影响理想气体系统第五十张，PPT共五十六页，创作于2022年6月 当 , 体积增大,p 增加, 下降, 向左移动.讨论: 当 ,