物理化學(xué)第四章PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 物理化學(xué)第四章物理化學(xué)第四章 ,BB B () (a) T p G 當(dāng)時(shí)： 1 mol rm,BB B (b) T p G （） 這兩個(gè)公式適用條件： （1）等溫、等壓、不作非體積功的一個(gè)化學(xué)反應(yīng)； （2）反應(yīng)過程中，各物質(zhì)的化學(xué)勢(shì)B保持不變。 公式（a)表示有限體系中發(fā)生微小的變化； 公式(b)表示在無限大量的體系中發(fā)生了反應(yīng)進(jìn)度等于1 mol的變化。這時(shí)各物質(zhì)的濃度基本不變，化學(xué)勢(shì)也保持不變。 化學(xué)平衡的條件 第1頁/共53頁 用 判斷都是等效的。 ,Brm, B () , () T pBT p G G 或 rm, ()0 T p G 反應(yīng)自發(fā)地向右進(jìn)行 rm, ()0 T p

2、G 反應(yīng)自發(fā)地向左進(jìn)行，不可能自發(fā) 向右進(jìn)行 rm , ()0 T p G 反應(yīng)達(dá)到平衡 化學(xué)平衡的條件 第2頁/共53頁 一、 理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 假設(shè)，有一理想氣體的化學(xué)反應(yīng) aA(g)+bB(g)gG(g)+hH(g) 恒溫恒壓，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù) rm,BB B =0 T p G （） ln B BB P R T P 理想氣體混合物中 某組分的化學(xué)勢(shì)為 lnlnlnln (/) (/)1 ln() (/) (/) GHAB GHAB gh GH GHAB ab AB PPPP ggRThhRTaaRTbbRT PPPP PPPP ghab PPPPRT 第3頁/共53頁 (/

3、) (/) (/) (/) gh GH ab AB PPPP K PPPP 令 （1）標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，與反應(yīng)系統(tǒng)的總壓及組成無關(guān)。 （2）同一化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式的寫法不同，其標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的數(shù)值不同。 (/) B B B KPP 平衡） 當(dāng)溫度一定時(shí)，等式右邊為一常數(shù) (/) (/)1 exp() (/) (/) gh GH GHAB ab AB PPPP ghab PPPPRT 一、 理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 第4頁/共53頁 假若上述反應(yīng)在恒壓恒溫條件下進(jìn)行，其中各分壓是任意的，而 不是平衡狀態(tài)時(shí)的分壓，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)的吉布斯函數(shù) 變化為 rmGHAB Gghab 理想

4、氣體混合物中某組分的化學(xué)勢(shì) (/) (/) (/) (/) gh GH P ab AB PPPP J PPPP lnln rmP GRTJRTK 范特霍夫等溫方程 ln(/) (/) (/) ()ln (/) (/) BBB gh GH rmGHAB ab AB RTPP PPPP GghabRT PPPP 一、 理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 第5頁/共53頁 ln P rm J GR T K 一、 理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù) 反應(yīng)達(dá)平衡 rm 0 pp KJG $ 反應(yīng)向左自發(fā)進(jìn)行 rm 0 pp KJG $ 反應(yīng)向右自發(fā)進(jìn)行 rm 0 pp KJG $ 第6頁/共53頁 例題 有理想氣體反應(yīng)

5、 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g),在2000K時(shí)，已知 K=1.55107。 （1）計(jì)算H2和O2分壓各為1.00 104 Pa，水蒸氣分壓為1.00 105 Pa的混合氣中，計(jì)算上述反應(yīng)的rGm，并判斷反應(yīng)自 發(fā)進(jìn)行的方向； （2）當(dāng)H2和O2的分壓仍然分別為1.00 104 Pa時(shí)，欲使反應(yīng) 不能正向自發(fā)進(jìn)行，水蒸氣的分壓最少需要多大？ 解 （1）反應(yīng)系統(tǒng)的分壓比 22 2222 22 22 525 43 (/) (/) (/) (1.00 10)10 1000 (1.00 10) H OH O P HOHO PPPP J PPPPPP PaPa Pa 一、 理想氣體反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平

6、衡常數(shù) 第7頁/共53頁 由等溫方程 rGm=-RTln K +RTlnJP = 8.314Jmol-1 K-12000K ln(1000/1.55 107) =-1.6 0105 Jmol-1 由rGm0，或者由JP0,升高溫度,K增加,對(duì)正反應(yīng)有利。 對(duì)放熱反應(yīng),rHm0,升高溫度,K降低,對(duì)正反應(yīng)不利。 2 ln ln ()() ln () rm rm PP rm P G RK T GK R TTT HK TR T 根據(jù) 公式常用來從已知一個(gè)溫度下的平衡常數(shù)求出另一溫度下的平衡常數(shù)。 ) 11 ( )( )( ln 211 2 TTR H TK TK mr p p 第37頁/共53頁 例

7、3乙烷可按下式脫氫 CH3CH3(g) = CH2CH2(g) + H2(g) 試計(jì)算在標(biāo)準(zhǔn)壓力（總壓）及1000K時(shí)，乙烷的平均轉(zhuǎn)化率是多少？（設(shè)反應(yīng)的rCP,m=0) 解：查表可得298K時(shí)的下列數(shù)據(jù)： 130.58700 H2(g) 219.4568.17852.292CH2CH2(g) 229.49-32.886 -84.67 CH3CH3(g) 1 () fm HKJ mol 1 () fm GKJ mol 11 () m S J Kmol 第38頁/共53頁 11 111 11 31 11 (52.292 84.67)136.962 (130.587219.45)229.49120

8、.547 (68.178 32.886)101.064 101.064 10 (298 )exp(8.314 298 rm rm rm HKJ molKJ mol SJ KmolJ K mol GKJ molKJ mol J mol KK J Kmol 18 )1.93 10 K 因?yàn)閞CP,m=0，表示rHm 為常數(shù)， 31 11 (1000 ) 136.962 1011 ln() 38.81 (298 )8.3142981000 (1000 ) 0.138 KKJ mol KKJ molKKK KK 或者由 298K時(shí)反應(yīng)的 第39頁/共53頁 1111 1 11 (1000) 13692

9、61000120.54716415 16415 (1000)exp()0.139 8.3141000 rmrmrm GKHTS J molKJ KmolJ mol J mol KK J KmolK CH3CH3(g) = CH2CH2(g) + H2(g) 設(shè)反應(yīng)前的物質(zhì)的量 1 0 0 平衡時(shí)的物質(zhì)的量 1-x x x 平衡時(shí) n總= （1-x）+2x=1+x 2 2 ()0.139 1 0.349 B n Px KK n Px xmol 乙烷的平衡轉(zhuǎn)化率=(0.348/1) 100=34.9 第40頁/共53頁 一定溫度下，對(duì)于理想氣體， 4-5其他因素對(duì)化學(xué)平衡的影響 (/) B y K

10、KP P 例 反應(yīng) PCl5(g)= PCl3(g) + Cl2(g) 在200時(shí)，K=0.308。試計(jì)算200及105Pa時(shí)PCl5的解離度。若將壓力改為106Pa ，結(jié)果又如何？ 解：此反應(yīng)的=1,取起始時(shí)1mol PCl5為系統(tǒng)，解離度 為,其平衡時(shí)的組成為 yByB KPKP, 0;, 0 增大壓強(qiáng)，有利于向氣體物質(zhì)的量減?。▔簭?qiáng)減小）的方向進(jìn)行 第41頁/共53頁 PCl5(g)= PCl3(g) + Cl2(g) 物質(zhì)的量 1 物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù) 1 1 1 1 2 2 2 5 2 25 6 2 26 () 0 .3 0 8 1 () 1 1 () 1 1 0 0 .3 0 81 0

11、0 0 0 0 0 .3 0 8 11 0 0 .4 8 8 1 0 0 .3 0 81 0 0 0 0 0 0 .0 3 0 8 11 0 B y PP KK PP PP a PP a 0.173 第42頁/共53頁 二 、惰性組分的影響 /() B nB KK Pn P nBBBB KnKnn, 0;, 0 化學(xué)反應(yīng)中的惰性組分指不參與反應(yīng)的氣體。 一定溫度下，對(duì)于理想氣體， B Bn nPRTK )/( 加入惰性組分有利于氣體物質(zhì)的量增大的方向進(jìn)行 第43頁/共53頁 /() B nB KKPn P 例 工業(yè)上用乙苯脫氫制苯乙烯 C6H5CH2CH3(g) = C6H5CHCH2(g)

12、+H2 (g) 已知在627時(shí),K =1.49試求算在此溫度及標(biāo)準(zhǔn)壓力 下，乙苯的平衡解離度；若用水蒸氣與乙苯的物質(zhì)的量之比為9的原料氣，結(jié)果又將如何？ 解：（1）設(shè)開始時(shí)有nmol的乙苯，至平衡時(shí)乙苯的解離度為 , C6H5CH2CH3(g) = C6H5CHCH2(g) +H2 (g) 開始時(shí)物質(zhì)的量 n 0 0 平衡時(shí)物質(zhì)的量 總物質(zhì)的量 (1)n nn (1)(1)nnnn 二 、惰性組分的影響 第44頁/共53頁 2 ()1 ()1.49 (1)(1) 0.77477.4% n B B Pn KK Pnnn 如用含有水蒸氣的原料氣，因水蒸氣不參加反應(yīng)，按惰 性氣體處理。設(shè)此時(shí)乙苯的解

13、離度為 C6H5CH2CH3(g) = C6H5CHCH3(g) +H2 (g) H2 O(g) 開始時(shí)物質(zhì)的量 n 0 0 9n 平衡時(shí)物質(zhì)的量 9n 總物質(zhì)的量 (1)n n n (1)9(10)nnnnn 2 ()1 ()1.49 (1)(10) 0.94594.5% B n B Pn KK Pnnn 第45頁/共53頁 在一個(gè)反應(yīng)體系中，某反應(yīng)組分同時(shí)參加兩個(gè)以上的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，此反應(yīng)體系稱為同時(shí)反應(yīng)；當(dāng)這些反應(yīng)到達(dá)平衡態(tài)時(shí)，這種情況稱為同時(shí)反應(yīng)平衡。 在處理同時(shí)平衡的問題時(shí)，要考慮每種物質(zhì)的數(shù)量在各個(gè)反應(yīng)中的變化，并在各個(gè)平衡方程式中同一物質(zhì)的數(shù)量應(yīng)保持一致。 第46頁/共53頁 例題

14、1：600 K時(shí)， 與 發(fā)生反應(yīng)生成，繼而又生成，同時(shí)存在兩個(gè)平衡： 3 CH Cl(g) 2 H O(g) 3 CH OH 32 (CH ) O 已知在該溫度下， 。今以等量的 和開始，求 的平衡轉(zhuǎn)化率。 3 CH Cl 2 H O 3 CH Cl 6 .10,00154. 0 2,1 , pp KK 323 33 22 (1) CH Cl(g)H O(g)CH OH(g)HCl(g) (2) 2CH OH(g)(CH ) O(g)H O(g) 同時(shí)平衡 第47頁/共53頁 解：設(shè)開始時(shí) 和 的摩爾數(shù)為1.0，到達(dá)平衡時(shí)，生成HCl的摩爾數(shù)為x,生成 為y，則在平衡時(shí)各物的量為： 3 CH

15、Cl 2 H O 32 (CH ) O 323 (1) CH Cl(g)H O(g)CH OH(g)HCl(g) 112xyxxyx 3322 (2) 2CH OH(g)(CH ) O(g)H O(g) -2 1- xyxyy 同時(shí)平衡 第48頁/共53頁 ,1 ,2 2 (2 ) 0.00154 (1)(1) (1) 10.6 (2 ) p p xy x K xxy yxy K xy $ $ 將兩個(gè)方程聯(lián)立，解得 。 的轉(zhuǎn)化率為0.048或4.8 。 0.048, 0.009xy 3 CH Cl 因?yàn)閮蓚€(gè)反應(yīng)的 都等于零，所以 B B py KK $ 同時(shí)平衡 第49頁/共53頁 例2若將N

16、H4I固體迅速加熱到375，則按下式分解 NH4I(s)=NH3(g)+HI (g)分解壓力為3.67104Pa。若將反應(yīng)混合物在375時(shí)維持一段時(shí)間，則HI進(jìn)一步按下式解離2HI (g)=H2(g)+I2(g) 該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)為0.0150。試求算反應(yīng)系統(tǒng)的最終壓力為多少？ 解:取nmol NH4I固體其始反應(yīng)，設(shè)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，含 xmol NH3(g)和ymol HI (g)，則平衡組成為 (1) NH4I(s)=NH3(g)+HI (g) n-x x y (2) 2HI (g) = H2(g) + I2(g) y (1/2) (x-y) (1/2) (x-y) 同時(shí)平衡 第50頁/共53頁 平衡時(shí)系統(tǒng)中氣相總物質(zhì)的量 n總 = x+Y+(1/2)(x-y)+ (1/2)(x-y)=2xmol 由反應(yīng)（1）的分解壓可得該