化学反应等温方程

1、第五章化学平衡,下一页,上一页,基本要求：,掌握标准平衡常数的定义；掌握用等温方程判断化学反应的方向和限度的方法；会用热力学数据计算标准平衡常数；理解温度对标准平衡常数的影响，会用等压方程计算不同温度下的标准平衡常数；.了解压力和惰性气体对化学反应平衡组成的影响；了解同时反应平衡,下一页,上一页,需要解决的问题：,在一定条件下，反应物能否按预期的反应变成产物？如果不能，或者能，但产物量过少，有无办法可想？在一定条件下，反应的极限产率为多少？极限产率怎样随条件变化？如何改变条件可得到更大的产率？,下一页,上一页,解决问题的思路：,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

2、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。,下一页,上一页,5-1化学反应的等温方程,下一页,上一页,1.摩尔反应的Gibbs函数变与化学反应的亲和势,化学反应的Gibbs函数变:,化学反应的亲和势:,(恒温恒压,W=0),下一页,上一页,2.化学反应的平衡条件,G,下一页,上一页,3.化学反应的等温方程,理想气体反应:,下一页,上一页,化学反应的等温方程,平衡时:,化学反应等温方程另一形式,下一页,上一页,正向进行,平衡,正向不能进行,逆向进行,恒温恒压,W=0:,下一页,上一页

3、,5-2理想气体化学反应的标准平衡常数,下一页,上一页,1.标准平衡常数,K:无量纲量,T一定时为常数,其数值与计量式写法有关,当反应达平衡时：,(理想气体),下一页,上一页,下一页,上一页,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。,2.有纯凝聚相参加的理想气体反应,下一页,上一页,一定温度下CaCO3(s)分解反应达平衡时,p(CO2,g)压力为定值,下一页,上一页,分解压一定温度下分解反应达平衡时,气体的压力.,对于纯凝聚相与理想气体间的化学反应,其K的表达式中,只保留各气体的分压,分解温度分解压为101.325kPa时的温度.,下一页,上一

4、页,例: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：(1),K,下一页,上一页,不能将FeO(s)还原为Fe(s),下一页,上一页,3.标准摩尔反应Gibbs函数变的计算,标准摩尔生成Gibbs函数变：,由标准态的稳定单质生成1mol同温、标准压力下指定相态的化合物的Gibbs函数变。,下一页,

5、上一页,下一页,上一页,（3）=（1）-（2）,下一页,上一页,在判断反应的方向与限度时，应注意rGm与rGm的区别。,一般不能用rGm来判断过程的方向，但在rGm的绝对值很大(通常|rGm|40kJmol-1)时rGm的符号基本决定了rGm的符号。,例：298K时Zn(s)+1/2O2=ZnO(s)G=318.2kJmol-1。,欲使此反应不能自动向右进行，Jp必须大于5.61055，即p(O2)3.210-110kPa。,下一页,上一页,例:已知理想气体反应A(g)+B(g)=D(g)在300K时,试求:(1)400K、总压为300kPa时,D(g)的离解度；(2)400K、200kPa下

6、,将1molA(g)和2molB(g)混合反应达平衡时,B(g)的分压。,下一页,上一页,2.判断系统是否已达平衡的方法:(1)条件不变,无论时间多长,反应的各参加物浓度不变；(2)一定温度下,由正向或逆向反应的平衡组成所算得的K应一致；(3)任意改变各物质初浓度,达平衡后所得K相同.,4.标准平衡常数的测定,1.测定平衡常数的方法有:,(1)物理方法:一般不会影响平衡，如测折射率、电导、气体体积、光吸收等；(2)化学方法:常采用降温、移走催化剂、加入溶剂冲淡等方法中止反应。,下一页,上一页,转化率：,产率：,5.平衡组成的计算,转化为指定产物的某反应物占原始反应物的分数。,转化掉的某反应物占原始反应物的分数。,术语：,下一页,上一页,转化率0.5产率:B0.3C0.2,转化率产率0.5,下一页,上一页,6.理想气体反应的K,Kp,Kc,Ky及Kn,对于化学反应:dD+eE=gG+rR,下一页,上一页,下一页,上一页,下一页,上一页,注意：上述各K中只有K、Kp、KC