材料热力学第三章-1化学平衡.ppt

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1、1第三章化学平衡反应向什么方向进行？反应物的最高转化率是多少？化学平衡热力学----用热力学原理研究化学反应的方向和限度。给定的条件(反应系统的温度、压力和组成)如何控制反应向期望的方向进行？2一、摩尔反应吉布斯函数rGm与反应进度的关系，平衡条件§3-1理想气体的化学平衡对极大的封闭系统，等温等压,当系统有微小的变化时，dG=-SdT+Vdp+BdnB引入反应进度，即：dnB=Bd，则dG=-SdT+Vdp+BBd3rGm为一定温度、压力和反应进度时化学反应的摩尔反应吉布斯函数，单位为：J.mol-1，是化学反应的方向判据。等温等压下,dG=BBd

2、或GT,p=BB=rGm4或BB<0,rGm<0，反应自发进行GT,p<0,或BB>0,rGm>0，反应不能自发进行GT,p>0,或BB=0,rGm=0，反应达到平衡GT,p=0,5等温等压下，对化学反应aA＋bB=yY＋zZ6得平衡条件：7系统中的化学反应在一定温度、压力下达到化学平衡后，反应物、产物的浓度或活度存在一个简单而又统一的制约关系，即平衡常数。利用化学势与组成的关系推导出标准平衡常数K(T)。二、反应的限度问题8理想气体的化学势μΒ=(T)+RTln(pB/p)代入，得rGm=y[Y(T)

3、+RTln(pY/p)]+z[Z(T)+RTln(pZ/p)]-a[A(T)+RTln(pA/p)]-b[(T)+RTln(pB/p)]理想气体反应系统9式中ΔrGm—化学反应的标准摩尔吉布斯函数[变]。(py/p)y(pZ/p)z(pA/p)a(pB/p)b+RTln令rGm=yY(T)+zZ(T)-aA(T)-b(T)=[yY(T)+zZ(T)-aA(T)-b(T)]又令10△rGm=△rGm(T)+RTlnΠ(pB/p)νΒ平衡时，△rGm=0,所以有△rGm(T)=-RTlnΠ(pB/p)

4、νΒ定义：或11标准平衡常数(热力学平衡常数）的表达式。所以有：标准平衡常数(热力学平衡常数）的定义式。12讨论：1、上式右端是系统在温度T时的标准热力学性质，只是温度的函数，故也只是温度的函数，与反应系统的压力及体积无关。与温度的关系用van'tHoff等压方程表示。2、上式右端量纲为一，故K(T)的量纲也为一，其单位是1。3、△rGm(T)与计量方程写法有关，K(T)也与计量方程写法有关。例如正逆反应的K(T)互为倒数关系。4、由△rGm(T)=-RTlnK(T),因△rGm(T)可作为标准条件下反应自发进行程度的判据，故K(T)可以用来表示平衡条件下反应

5、进行的程度。13§3-2复相化学平衡一、纯凝聚相与理想气体的反应理想气体与纯固体反应aA（s)＋bB（g)＝yY（s)＋zZ（g)B=B(T)+RTln(pB/p),Z=Z(T)+RTln(pZ/p)A=A*(T)=A(T),Y=Y*(T)=Y(T),14⊿rGm(T)=∑BB=yY(T)+zZ(T)-aA(T)-bB(T)K(T)=(pZ/p)z/(pB/p)brGm(T)=-RTlnK(T)=-RTln(pZ/p)z(pB/p)b15K(T)的定义式中，包括了参与反应的所有物质(包括理想气体各组分及

6、纯固体各组分)的标准化学势：注意：K(T)表示式中，只包含参与反应的理想气体的分压：16*纯固体或纯液体与纯理想气体反应的例子是很多的，如：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）C（石墨）+CO2（g）=2CO（g）ZnO（s）=Zn（s）+1/2O2（g）因为B(B=A,B,Y,Z)只是温度的函数，所以Gm(T)，K(T）也只是温度的函数。17二、分解压1、分解压对于反应中只涉及一种气体生成，其余都是纯凝聚相。如：2FeO(s)=2Fe(s)+O2(g)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)特点：如无其他气体存在，则平衡时产物气体的压力p(g)就是

7、系统的总压。按照复相化学平衡原则，该系统的压力决定了标准平衡常数K(T)。p(g)只取决于分解温度。18分解压：在一定温度下，某化合物纯凝聚相分解只生成一种气体，反应达到平衡时，产物气体的分压称为该化合物的分解压。*分解压与分解的压力不同：前者为平衡概念，p=f（T）。后者在一定温度下还和时间有关，是非平衡概念。2、分解温度：像上述纯凝聚相，其分解压随温度的升高而增加，当分解压等于外压的温度称为该化合物的分解温度。19*分解温度与开始分解温度不同，前者是一个平衡概念，而后者是一个非平衡概念。对于金属氧