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时间:2020-06-10
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1、第5章化学平衡原理5.1化学平衡与标准平衡常数5.2标准平衡常数的应用5.3化学平衡的移动5.1.1化学平衡的基本特征5.1.2吉布斯自由能与化学平衡——化学反应等温方程式5.1.3标准平衡常数5.1.4多重平衡5.1化学平衡与标准平衡常数5.1化学平衡与标准平衡常数一、平衡状态1、可逆反应绝大多数化学反应都是不能进行到底的反应,也就是可逆反应。只是不同的反应,其可逆程度不同而已。一个化学反应在同一条件下,既可自左向右进行,也可自由向左进行,这样的反应称为可逆反应。5.1.1化学平衡的基本特征2、化学平衡当正逆反应速率相等时,体系中各种物质
2、的浓度不再发生变化,建立了一种动态的平衡,称化学平衡。H2(g)+I2(g)2HI(g)V逆V正时间反应速度图可逆反应与化学平衡3、化学平衡的特征①V正=V逆,△rGT,P=0,体系的组成不再随时间而变。②化学平衡是一种动态平衡,是有条件的平衡。③化学平衡可以从两个方向达到。平衡组成与达到平衡的途径无关。例如:H2(g)+I2(g)2HI(g)(T=793K)实验编号起始浓度/(mol·L-1)平衡浓度/(mol·L-1)C(H2)C(I2)C(HI)C(H2)C(I2)C(HI)C(H2)·C(I2)C2(HI)1230.2000.000
3、0.1000.2000.0000.1000.0000.2000.1000.1880.0940.1770.1880.0940.1770.0240.0120.0230.0160.0160.0175.1.2吉布斯自由能与化学平衡——化学反应等温方程式(一)关于标准条件压力限制:气体物质的分压为标准压强PΘ=100KPa;浓度限制:溶液离子浓度为标准浓度CΘ=1.0molL-1温度不限:298.15K---表示为:△rGmΘ(298)TK---表示为:△rGmΘ(T)如果偏离标准条件:称为吉布斯自由能变量,表示为:△rGm(T)(二)非标准条件下的
4、吉布斯自由能变量△rGm(T)的计算------化学反应等温方程式1。反应商J的概念为了表示物质浓度(C)或压力(P)对吉布斯自由能变量的影响,引入反应标J的概念:反应通式:aA+dD=eE+fF均相气体反应:---反应瞬时分压商Jp表达式各项用气体的相对分压表示Pi/PΘdDaAfFeEpppppppppJ)/()/()/()/(QQQQ=均相溶液反应:--反应瞬时浓度商Jc表达式各项用离子的相对浓度表示Ci/CΘ多相反应:---反应商J表达式中,气体项用Pi/PΘ,离子项用Ci/CΘ例如反应:Aa(aq)+dD(aq)=eE(aq)+f
5、F(g)dDaAfFeEcccccccccJ)/()/()/()/(QQQQ=aAfFeEccppccJ)/()/()/(QQQ=2。化学反应等温方程式△rGT,P---反应在非标准态下摩尔吉布斯自由能变量;△rGΘT---反应标准态摩尔吉布斯自由能变量;R------摩尔气体常数,R=8.314Jmol-1K-1;T------热力学温度。J----反应商(含瞬时浓度商Jp和含瞬时分压商Jp)△rGT,P=△rGΘT+RTlnJ3。化学反应等温方程式的应用利用化学反应等温方程式,可以计算非标准态下的吉布斯自由能变△rGT,P,从而判断给定
6、条件下该反应自发进行的方向。例题:已知反应在298.15K时的△rHΘm为155.0KJ·mol-1和△rSΘm为-92.2J·K-1·mol-1。试通过计算解释398.15K时铜线暴露在空气中(O2的分压为21.3Kpa),其表面逐渐覆盖一层CuO。通式:△rGT,P=△rGΘT+RT1nJ平衡时:△rGT,P=0,反应商J=KΘ代入反应等温式:0=△rGΘT+RT1nKΘ移项:△rGΘT=-RT1nKΘ或表示为:logKΘ=-△rGΘT/2.303RT此式是由△rGΘm计算化学反应标准平衡常数的公式。5.1.3标准平衡常数5.1化学平衡
7、与标准平衡常数KΘ与J的关系:在同一化学反应中,KΘ的表达式与反应商J的表达式相同,在平衡常数KΘ的表达式中cA、cD或、pA、pD和cE、cF、或pE、pF分别表示反应物和产物的平衡浓度或平衡分压;在反应商J的表达式中则分别表示瞬时浓度或瞬时分压。5.1化学平衡与标准平衡常数平衡常数的类型对于反应:平衡常数表达式相同(JΘ(平衡)),但式中各项使用的单位不同,构成不同的平衡常数。(一)经验平衡常数---直接使用浓度、分压单位1。浓度经验平衡常数(Kc):(离子反应)2。压力经验平衡常数(Kp):(气体反应)aA+bBdD+eE(二)标准平
8、衡常数---使用相对浓度、相对分压1。气体反应的标准平衡常数2。溶液反应的标准平衡常数3。复相反应的标准平衡常数(三)经验平衡常数与标准平衡常数比较1。对于离子反应数值上Kc等于
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