物理化学教学案例-化学平衡-张丽丹.pdf

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1、第五章化学平衡张丽丹教授博士15化学平衡Chemicalequilibriumθθ∆ΔrrGGmm≤0(T,p,W’=0)=−RTlnK5.0引言(introduction)研究化学平衡的意义：1.用热力学方法研究在反应条件下的反应方向和极限产率；2.改变温度得到更大的平衡转化率，或温度不变时改变压力、物料配比等，得到更大的产率；3.通过理论计算同实际生产对比，估计提高产率的幅度，实现最优化的反应工艺条件。25.1化学反应的吉布斯函数变化TheGibbsenergyofchemicalreactions复

2、习aA+bB=cC+dD反应进度Extentofreaction,ξ0=ν1A1+ν2A2+….+νiAi+….∆n∆n∆n12i==⋅⋅⋅==ξννν12iξ：表示反应进行的程度，称为反应进。35.1化学反应的吉布斯函数变化TheGibbsenergyofchemicalreactions一个mol反应φ反应进行到△ni恰好为各自的计量系数所示的数量时，称发生了一个mol反应。∆ni=ξ=1νidni任意反应微小进程时：=dξνi45.1化学反应的吉布斯函数变化TheGibbsenergyofchemi

3、calreactions一.摩尔反应吉布斯函数变ΔrGmThemolereactionGibbsenergy在一定T、p和组成不变的条件下，1mol反应的吉布斯函数变，即(∂G/∂ξ)T,P称为摩尔反应吉布斯函数变，用ΔrGm表示。∂G判别化学反应方向∆G=rm∂ξT,PΔrGm≤0(T,p,W’=0)55.1化学反应的吉布斯函数变化TheGibbsenergyofchemicalreactions∂GA称为化学亲和势，A=−∆G=−rm即反应推动力。∂ξT,P自发A=−∆

4、G≥0rm平衡65.1化学反应的吉布斯函数变化TheGibbsenergyofchemicalreactions二.化学反应的平衡条件ConditionequilibriumofChemicalreactionsT、p恒温、恒压下，化学反应总是向着吉spontaneous∂G〉0布斯函数减小的方向∂ξT，P进行。∂G化学反应的平衡条件:Gibbsenergy,G〈0∂ξT，P∂G∂G=0∆G==0∂ξT，Prm∂ξT,PExtentofrea

5、ction,ξ75.2理想气体等温方程及标准平衡常数Isothermalequationofperfectgasandthestandardequilibriumconstant一、理想气体化学反应等温方程ChemicalreactionsIsothermalequationofperfectgasνBφpB∆G=∆G+RTln∏rmrmφpφ∆G=∆Gφ+RTlnJrmrmPcdppCDθθ任意反应：ppJ=PabaA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(

6、g)pApBθθpp84.5.2理想气体等温方程及标准平衡常数IsothermalequationofperfectgasandthestandardequilibriumconstantφT,p,W’=0时：∆G=∆G+RTlnJ可判别方向。rmrmP任意反应：aA(g)+bB(g)=cC(g)+dD(g)1.∆rGm>0反应向左反应；←2.∆rGm<0反应向右反应；→3.∆rGm=0反应达成平衡。95.2理想气体等温方程及标准平衡常数Isothermalequation

7、ofperfectgasandthestandardequilibriumconstant二.理想气体反应标准平衡常数Thestandardequilibriumconstantofperfectgasreaction化学反应平衡∆rGm=0φ∆rGm=∆rGm+RTln(JP)平衡=0∆Gφ=-RTln(J)=-RTlnKφrmP平衡P∆Gφ=-RTlnKφrmφ定义φKP=K：理想气体化学反应标准平衡常数105.2理想气体等温方程及标准平衡常数φIsothermalequationofperfectg

8、asandthestandardequilibriumconstant计算∆G函数的方法rm一、由有关反应计算∆rGm已知：CO(石墨)+O2(g)=CO2(g)∆rGm(1)CO(g)+1/2O(g)=CO(g)∆G(2)φ22rm可得：C(石墨)+1/2O(g)=CO(g)∆G(3)=∆G(1)-∆G(2)2rmrmrmC(石墨)+CO(g)=2CO(g)∆G(4)=∆G(1)-2∆G(2)2rmrmrm115.2理想气体