()第五章化学平衡.ppt

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1、第五章化学平衡§5.1化学反应的等温方程§5.2理想气体化学反应的标准平衡常数§5.3温度对标准平衡常数的影响§5.4其它因素对理想气体化学平衡的影响§5.5同时反应平衡组成的计算§5.6真实气体反应的化学平衡§5.7混合物和溶液中的化学平衡基本要求：1.掌握标准平衡常数的定义；2.掌握用等温方程判断化学反应的方向和限度的方法；3.理解温度对标准平衡常数的影响，会用等压方程计算不同温度下的标准平衡常数；4.了解压力和惰性气体对化学反应平衡组成的影响；5.了解同时反应平衡。需要解决的问题：在一定条件下，反应物能否按预期的反应变成产物？如果不能，或者能，但产物量过少，有无办法可想？在一定条

2、件下，反应的极限产率为多少？极限产率怎样随条件变化？如何改变条件可得到更大的产率？解决问题的思路：化学平衡是研究化学反应方向和限度的关键。本章讨论应用热力学第二定律的平衡条件来处理化学平衡问题。将用热力学方法推导化学平衡时温度、压力、组成间的关系，并计算平衡组成。将通过热力学计算讨论温度、压力、组成等条件如何影响平衡。1.摩尔反应Gibbs函数与化学反应亲和势§5.1化学反应的等温方程化学反应等温方程表示在温度与压力一定的条件下，化学反应0=BB进行时，摩尔反应Gibbs函数与系统组成的关系。吉布斯函数判据（3.7.6）是<自发=平衡（恒温，恒压，W´=0）所以，某指定状态的反应物

3、变为某指定状态的产物，这一个具体化学反应能否进行，还是已经达到了平衡，可用来判断。定义化学反应亲和势（简称亲和势）为：则化学反应亲和势即是在恒温恒压及非体积功为零时，化学反应进行的推动力。此即是说，在恒温恒压下，A>0的化学反应能自发进行；A=0的化学反应，处于平衡状态；A<0的化学反应，不可能自发进行，仅其逆反应可以自发进行。2.摩尔反应吉布斯函数与反应进度的关系，平衡条件在某一化学反应反应0=vBB进行中，各物质的量均发生变化。在恒温恒压下，由（4.2.7）有：式中的表示对各个相中的各种反应物及各种产物求和。，所以上式成为：所以有：rGm为一定的温度与压力下,在某一化学进度时

4、的该反应的摩尔反应吉布斯函数。由此也可得化学亲和势为：若化学反应写作:取a(=vA)mol的反应物A与b(=vB)mol的反应物B，在一定的温度与压力下反应。在初始时刻，=0mol时，系统内只有反应物；当=1mol时，系统内只有产物；当时，系统内反应物与产物共存。若在反应过程中，系统的各个相的组成（各物质的浓度）均不发生改变，例如以下反应：NH2COONH4(s)=2NH3(g)+CO2(g)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)则在该温度与压力下，各物质的化学势均与反应进度无关。这种情况下，摩尔反应吉布斯函数也与无关。所以G-函数曲线为一直线。能自发进行的反应，

5、直线斜率为负，A>0；处于化学平衡的系统，直线为水平，斜率为0；不能进行的反应，直线斜率为正，A<0。G对于组成（浓度）有变化的反应，如气相反应：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)或液相反应：CH3COOH(l)+C2H6OH(l)=CH3COOC2H5(l)+H2O(l)随着反应的进行，反应物的浓度减少，（物质的量减少），产物的浓度减少（物质的量增加），所以反应物的化学势减少，产物的化学势增大。所以整个系统的G-不是直线，而是一条向上凹的曲线。如右图所示：G平衡x01G平衡x/mol01在横轴上x=0mol，表示系统内只有反应物，x=1mol，表示系统内只有产物。由左图可见

6、，随着反应的进行，即随x的增加，系统的吉布斯函数G先逐步降低，经过最低点后，又逐步升高。在最低点左侧，表明反应可以自发进行；在最低点，，宏观上反应停止，系统达到化学平衡状态，这也是化学反应的限度；在最低点右側，，这表明，在恒温恒压下，x的增加必然使G增加，这是不可能自动发生的。3.化学反应的等温方程这里，首先推导理想气体间化学反应的等温方程,然后讨论高压下真实气体化学反应的等温方程，及液态混合物和液态溶液中化学反应的等温方程。恒T、恒p，且W´=0时，对于理想气体间的化学反应其任一组分的化学势是：将此式代入（5.1.3)得到：布斯函数：它仅是温度的函数。式中第一项为该化学反应在温度T下

7、的标准摩尔吉因为反应物计量系数vB为负，产物计量系数vB为正，所以它的形式是，所以它被称作压力商Jp。而第二项为：其中的是反应物及产物的的连乘积。所以得到：即：此即理想气体化学反应的等温方程。已知温度T时的及各气体的分压pB，即可求得该条件下的。§5-2理想气体化学反应的标准平衡常数1.标准平衡常数G平衡x/mol01如左图所示，在恒温恒压下，随着理想气体化学反应的进行,化学反应亲和势越来越小,直至A=0，系统达到化学平衡为止。此时所以我们将平