物理化學化學平衡課件

1、第五章 化學平衡沒有達到平衡的化學反應，在一定條件下均有向一定方向進行的趨勢，即該類反應過程均有一定的推動力。隨著反應的進行，推動力逐漸減小，最后下降為零，這時反應達到最大限度，反應系統(tǒng)的組成不再改變，于是達到化學平衡狀態(tài)。這表明反應總是向著平衡狀態(tài)變化，達到化學平衡狀態(tài)，反應就達到了限度。5.1化學反應的方向及平衡條件對于一任意化學反應，隨反應的進行，各組分的物質(zhì)的量及系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)都發(fā)生變化，在恒定T，P，時有 將反應進度代入上式，整理得根據(jù)恒溫恒壓條件下的吉布斯函數(shù)判據(jù)可有：若，即，反應正向進行，反應物自發(fā)生成產(chǎn)物；若，即，反應不能自發(fā)正向進行；若，即，反應達平衡?；瘜W反應親和勢A定義

2、為： A是狀態(tài)函數(shù)，體系的強度性質(zhì)。用A判斷化學反應的方向具有“勢”的性質(zhì)，即：A0 反應正向進行；A0 反應逆向進行；A=0 反應達平衡。5.1理想氣體反應的等溫方程及標準平衡常數(shù)1. 理想氣體反應的等溫方程對于恒溫恒壓理想氣體化學反應，將代入關系式得式中為各反應組分均處在標準態(tài)時，每摩爾反應進度的吉布斯函數(shù)變，稱標準摩爾反應吉布斯函數(shù)，用表示。 令 稱為壓力商則理想氣體反應的等溫方程：2.理想氣體反應的標準平衡常數(shù)當反應達到平衡即式中為反應的平衡壓力商，以 表示，并稱之為標準平衡常數(shù)。即，它僅是溫度的函數(shù)，是量綱為一的量。 代入有標準平衡常數(shù)定義為化學反應等溫式也可表示為：恒溫恒壓下：，反

3、應向右自發(fā)進行；，反應向左自發(fā)進行；，反應達平衡。3相關化學反應標準平衡常數(shù)之間的關系 當幾個化學反應之間有線性加和關系時稱它們?yōu)橄嚓P反應。 因為吉布斯函數(shù)是狀態(tài)函數(shù)，若同一溫度下，幾個不同化學反應具有加和性，這些反應的也具有加和性。 值得注意的是，即使對于同一化學反應，若書寫化學反應式時計量系數(shù)不同，則摩爾反應進度的不同，也將不同。4.有純凝聚態(tài)物質(zhì)參加的理想氣體化學反應若理想氣體化學反應中還有純固體或純液體物質(zhì)參加時，在常壓下純凝聚態(tài)物質(zhì)的化學勢可近似等于其標準化學勢，即（cd表示凝聚態(tài)）。因而在等溫方程中，包含了所有參加反應的物質(zhì)的，但和只包括氣體的平衡分壓。即。5.理想氣體反應平衡常數(shù)

4、的不同表示法平衡常數(shù)常見表示法： 以上四個平衡常數(shù)與的關系：（1）與 （2）與 （3）與 （4）與 當時，5.3平衡常數(shù)及平衡組成的計算1. 及的計算計算的三種方法（1）通過化學反應的和來計算 （2）通過計算 （3）通過相關反應技計算（如前）2. 的實驗測定及平衡組成的計算的實驗測定：（1）物理方法 直接測定與濃度或壓力呈線性關系的物理量，如折光率、電導率、顏色、光的吸收、定量的色譜圖譜和磁共振譜等，求出平衡的組成。這種方法不干擾體系的平衡狀態(tài)。（2）化學方法 用驟冷、抽去催化劑或沖稀等方法使反應停止，然后用化學分析的方法求出平衡的組成。平衡組成的計算：（1）平衡轉(zhuǎn)化率是達到平衡后，反應物轉(zhuǎn)化

5、為產(chǎn)物的百分數(shù)。（2）轉(zhuǎn)化率是指反應結束時，反應物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的百分數(shù)。（3）平衡產(chǎn)率是達到平衡后，反應物轉(zhuǎn)化為某產(chǎn)物的百分數(shù)。（4）產(chǎn)率是指反應結束時，反應物轉(zhuǎn)化為某產(chǎn)物的百分數(shù)。反應達平衡時，用反應物和生成物的實際壓力、摩爾分數(shù)或濃度代入計算，得到的平衡常數(shù)稱為經(jīng)驗平衡常數(shù)，一般有單位。例如，對任意反應：開始 0 0平衡 平衡 ，5.4 溫度對標準平衡常數(shù)的影響1.范特霍夫方程根據(jù)Gibbs-Helmholtz方程： 若反應物質(zhì)都處于標準態(tài)，則有： ，所以 這就是范特霍夫方程的微分式對吸熱反應，升高溫度，增加，對正反應有利。對放熱反應，升高溫度，降低，對正反應不利。2.不隨溫度變化時的計算若

6、溫度區(qū)間不大，可視為常數(shù)，積分式為：定積分式為： 這公式常用來從已知一個溫度下的平衡常數(shù)求出另一溫度下的平衡常數(shù)。不定積分式為：如有多組下的數(shù)據(jù)，作圖可得一直線，由直線的斜率及截距即可確定及。3.隨溫度變化時的計算若化學反應的，尤其是溫度變化的范圍很大時，應將表示成的函數(shù)代入范特霍夫方程的微分式，然后積分。若，則有代入范特霍夫方程 不定積分： 此式即為與的函數(shù)關系式。5.5 其它因素對理想氣體化學平衡的影響由范特霍夫方程可知，在時，將隨而變，所以對化學平衡的影響是改變了。在一定時雖然一定，但若能改變反應氣體組分B的分壓，即改變其，則也會對化學平衡產(chǎn)生影響。本節(jié)討論在一定溫度下改變氣體總壓、恒壓

7、下通入惰性氣體及改變反應物配比，對理想氣體平衡轉(zhuǎn)化率的影響。1.壓力對理想氣體反應平衡移動的影響若氣體總壓為，任一反應組分的分壓，由的表達式：可見，則改變總壓將影響平衡系統(tǒng)的。當時，增大，必增大，平衡向體積縮小方向移動，即平衡向正反應方向移動；當時，增大，必減小，平衡向體積增大方向移動，即平衡向負反應方向移動。對凝聚相反應 ，體積增加，增加壓力，下降，對正向反應不利，反之亦然。在壓力不太大時，因值不大，壓力影響可以忽略不計。2.惰性組分對平衡移動的影響惰性組分是指不參加化學反應的組分。若原料氣中有某惰性組分的量為，平衡時系統(tǒng)的總壓力為，參加反應的各組分的分壓為。一定溫度下反應的標準常數(shù)為：當時，在恒壓下加入惰性組分，因增大，必增大，平衡向正反應方向移動。當時，在恒壓下加入惰性組分，因增大，必減小，平衡向負反應方向移動。3.增加反應物的量對平衡移動的影響在恒溫、恒容條件下，增加反應物的量，無論單獨增加一種還是同時增加兩種，都會使平