物化第五章化学平衡

第五章化学平衡2023/2/5第五章化学平衡3化学平衡是研究化学反应方向和限度的关键。本章讨论应用热力学第二定律的平衡条件来处理化学平衡问题。将用热力学方法推导化学平衡时温度、压力、组成间的关系，并计算平衡组成将通过热力学计算讨论温度、压力、组成等条件如何影响平衡。第五章化学平衡2023/2/51.理解化学反应的等温方程式2.掌握标准平衡常数KQ定义式，学会从热力学方面计算化学反应的标准平衡常数，熟悉化学反应的平衡转化率和平衡组成的计算3.会分析温度、压力、惰性气体对化学平衡移动的影响，了解实际气体化学反应的平衡常数的表达式。

重点：标准平衡常数（KQ）定义式，平衡常数的测定和平衡转化率的计算难点：理想气体反应的等温方程式第五章化学平衡2023/2/55.1

化学反应的方向及平衡条件化学平衡的特征和微观特点2.正向反应速率等于逆向反应速率3.动态平衡1.参与反应的各物质的量不再随时间而改变2023/2/5根据多组分系统的热力学基本方程等温dT=0、等压dP=0积分0-1mol5.1

化学反应的方向及平衡条件2023/2/5

适用于等温、等压、不做非膨胀功的封闭系统

参与反应各物质的化学势保持不变5.1

化学反应的方向及平衡条件图中红色虚线斜率为负时：G或A>0;斜率为0时：G或A=0;斜率为正时：G或A<0。5.1

化学反应的方向及平衡条件2023/2/5理想气体混合物反应系统令：

5.2理想气体反应的等温方程及标准平衡常数令：2023/2/5理想气体混合物系统的化学反应等温方程:标准摩尔反应吉布斯函数仅是温度的函数压力商,由参与反应的气体的压力决定。

5.2理想气体反应的等温方程及标准平衡常数11

5.2理想气体反应的等温方程及标准平衡常数2023/2/5恒温恒压，平衡时化学反应的标准平衡常数，适用于任意相态的化学反应,包括电解质溶液的反应。它仅是温度的函数

5.2理想气体反应的等温方程及标准平衡常数13K°:无量纲量,T一定时为常数,其数值与计量式的写法有关当反应达平衡时：

5.2理想气体反应的等温方程及标准平衡常数

5.2理想气体反应的等温方程及标准平衡常数2023/2/5反应自发向右反应自发向左反应达到平衡

5.2理想气体反应的等温方程及标准平衡常数若参加反应的各组分不处于同一相,则属于多相化学反应，常压下压力对凝聚态的影响可忽略不计。一定温度下CaCO3(s)分解反应达平衡时,p(CO2,g)压力为定值

5.2有凝聚相参与的理想气体反应平衡常数分解压力—一定温度下分解反应达平衡时,气体的压力分解温度—分解压为101.325kPa时的温度对于纯凝聚相与理想气体间的化学反应,其Kθ的表达式中,只保留各气体的分压

5.2有凝聚相参与的理想气体反应平衡常数700℃时,反应:Fe(s)+H2O(g)=FeO(s)+H2(g)的K°=2.35(1)如果用总压为101.325kPa的等物质的量的H2O(g)和H2(g)

的混合气体处理FeO(s),能否将其还原为Fe(s)?(2)如果H2O(g)和H2(g)的混合气总压仍为101.325kPa,欲使

FeO(s)不能被还原,H2O(g)的分压最小应为多少?解：

5.2有凝聚相参与的理想气体反应平衡常数2023/2/5

5.2平衡常数值与化学反应式的关系设如下化学反应的计量方程有两种写法所以因为2023/2/5

5.2平衡常数值与化学反应式的关系212.理想气体反应的K°、Kp、KC、Ky及Kn22注意：上述各K中只有Kθ、Kp、KC在Ｔ一定时为常数2.理想气体反应的K°、Kp、KC、Ky及Kn

5.3平衡常数的计算2023/2/5

5.3平衡常数的计算

5.3平衡常数的计算转化率：转化掉的某反应物占原始反应物的分数产率：转化为指定产物的某反应物占原始反应物的分数开始10平衡0.50.5转化率＝产率＝0.5

ABC开始100平衡0.50.30.2转化率＝0.5产率:B→0.3C→0.2ABBAC例：

5.3平衡转化率及平衡组成的计算2023/2/5

100平衡：1-xxx例：五氯化磷分解反应在200℃时的标准平衡常数为0.312，计算此温度下200kPa时的转化率。2023/2/5例：甲烷转化反应：CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g)在900K下的标准平衡常数为1.280，若取等摩尔的甲烷与水蒸气反应。求900K，101325Pa下平衡系统的组成（以摩尔分数表示）。2023/2/55.平衡组成的计算2023/2/52023/2/5

5.4温度对化学平衡的影响温度对化学平衡影响的本质温度影响和的值所以，温度会影响化学平衡常数的值2023/2/5H+TS=G吉布斯-亥姆霍兹方程

5.4温度对化学平衡的影响2023/2/5

5.4.1温度对化学平衡的影响1）放热，，升温，

KΘ减小，逆向进行2）吸热，，升温，

KΘ增大，正向进行范特霍夫公式:2023/2/51.根据两个温度下反应的平衡常数值，计算反应的摩尔焓变。2.已知反应的摩尔焓变，从一个温度下反应的平衡常数值，求另一温度下反应的平衡常数值。

5.4温度对化学平衡的影响定积分：范特霍夫公式:2023/2/5

为常数2023/2/52023/2/5

5.5压力对化学平衡的影响压力对标准平衡常数值没有影响，因为标准平衡常数仅是温度的函数。设气体为混合理想气体代入Dalton分压定律2023/2/5

5.5压力对化学平衡的影响如果反应气体分子数增加要保持值不变变小增加总压对反应气体分子数增加的反应不利增加总压，变大，产物的摩尔分数变小2023/2/5

5.5压力对化学平衡的影响如果反应气体分子数减少要保持值不变变大增加总压对反应气体分子数减少的反应有利增加总压，变小，产物的摩尔分数变大2023/2/5

5.5压力对化学平衡的影响如果反应气体分子数不变改变总压对反应前后气体分子数不变的反应没有影响2023/2/5

5.5惰性气体对化学平衡的影响惰性气体对标准平衡常数值没有影响，因为标准平衡常数仅是温度的函数恒温，恒压过程：2023/2/5

5.5惰性气体对化学平衡的影响如果反应气体分子数增加要保持值不变变大

加入惰性气体，对反应气体分子数增加的反应有利，相当起了稀释、降压作用。增加惰气，变小，含产物的物质的量变大工业上常常采用通入氮气或水蒸气的方法增加产量。2023/2/5

5.5惰性气体对化学平衡的影响反应气体分子数减少要保持值不变变小加入惰性气体，对反应气体分子数减少的反应不利，工业上要定期清除惰性气体。增加惰气，变大，含产物的物质的量变小如果2023/2/5

5.5惰性气体对化学平衡的影响反应气体分子数不变而的值也不变加入惰性气体，对这类反应的平衡组成没有影响。则的值保持不变如果2023/2/5

5.5惰性气体对化学平衡的影响恒温，恒容过程：加入惰性气体，对反应的平衡组成没有影响。

因为n(总)变大，p也变大，故的值保持不变2023/2/5

5.5增加反应物的量对化学平衡的影响1.恒温，恒容过程：增加任意反应物量，反应平衡向右移动！2.恒温，恒压过程：r=nD/nE时，产物在混合其中最大。各种因素理想气体反应平衡移动影响2023/2/5TH>0（吸热)T↑向右H<0（放热)T↑向左p

（体积增大)p↑向左

（体积减小)p↑向右