第二章化学平衡-内蒙古化工职业学院_精品课程网站

第二章化学平衡目的要求：1.应用化学反应等温方程式判断反应自发进行的方向。2.掌握标准平衡常数Kº，了解Kº与Kp、Ky、Kn、Kc的关系。3.掌握标准平衡常数及平衡组成的计算方法。4.理解标准摩尔生成吉布斯函数概念，掌握运用ΔrGmº计算平衡常数的方法。5.能应用范特霍夫恒压方程式计算不同温度下的平衡常数。6.理解温度、压力、惰性组分和反应物配比等因素对平衡的影响。重点：标准平衡常数及平衡组成的计算方法，运用ΔrGmº计算平衡常数的方法难点：ΔrGmº计算平衡常数的方法§2.1化学反应的方向和限度2.1.1反应进度参加反应的任意物质用B来表示，是化学反应方程式中物质B的化学计量数，反应物的化学计量数为负值，产物的化学计量数为正值，那么一般化学反应可表示为对化学反应则有：定义对有限量的变化BBBB0MGBAMGBAMMGGBBAAdndndndnBBdndBBn式子中的称为化学反应的反应进度，单位为mol2.1.2化学反应的平衡条件1、物系的吉布斯自由能：若反应是在恒温恒压且物系不做非体积功的条件下进行，则上式变为：所以：记：称为反应的摩尔吉布斯自由能变。2、将反应的摩尔吉布斯自由能变与吉布斯自由能判据相结合，可得：上式为在任意指定得物系状态及恒温恒压物系不做非体积功得条件下，化学反应得方向与限度的判据。3、化学反应的条件为：即有：ddpsdTdGBBddGBBBBpTG,mrpTGG,mrGBBBmrG0反应正向自动进行＝0反应达到平衡状态0反应逆向自动进行0BBBmrG产物反应物＝BBBBBB当化学反应中产物的化学势的总和等于反应物化学势总和时，化学反应处于平衡状态。2.1.3化学反应的标准平衡常数假设有以理想气体的化学反应达到平衡，则令：称为反应的标准摩尔吉布斯自由能变令：所以：故：称为标准平衡常数说明：a、对理想气体反应，它表示反应达到平衡时各物质平衡分压的相对值的次幂的连乘积。b、对各物质标准态已选定的情况，和都是温度的函数，与其它条件无关。c、是反应限度的标志，其值越大，则平衡混合物中产物的组成越大。2.1.4化学反应的等温方程eqBBBmrGBBeqBBBBppRTTln0TGTmrBBBTGmrBBeqBppRTTKlnTKRTTGmrlnRTGTKmrexpTKppeqBBmrGKK1、对上述理想气体的反应是在恒温下进行，反应，又非平衡态，物系中各物质的化学势表示为：则反应物系的吉布斯自由能变为令：则：所以：以上两式均为化学反应的等温方程式2、判断恒温恒压且物系不做非体积功的条件下，任意化学反应的方向和限度ppRTTBBBlneqBBBmrGBBeqBBBBppRTTlnBBeqBppJlnJRTTGGmrmrlnJRTTKRTGmrlnlnJK，则0mrG反应正向自动进行K，则0mrG反应达到平衡状态K，则0mrG反应逆向自动进行§2.2标准平衡常数及平衡组成的计算2.2.1理想气体反应平衡常数的其它表示1、对理想气体反应，设达到平衡时，在理想气体混合物中，任一组分B的分压为pB，则有：则有：定义浓度平衡常数为因此：2、定义摩尔分数平衡常数因为理想气体其中xB为摩尔分数，p为总压故：3、定义压力平衡常数Kp为表示任一理想气体B的平衡分压则：2.2.2多相化学平衡例如：下列反应RTCVRTnpBBBBBBBBeqCpRTTKBBBeqCCKBBpRTKTKCBBeqBxKxBBxpp.BBppKxTKBBeqBpKpBpBBpKpTK是一个多相反应，其中包含两个不同的纯固体和一个纯气体适用于任何化学平衡，则上述反应达平衡时：（2—1）因为对固体（或液体）所选取的标准态为温度T时标准压力下的纯固体（或纯液体），即：而，对于气体又有：将上述三个式子代入2－1式中，可得：所以说明：对多相反应，平衡常数得表示式中，只含有各气体得分压力，而与其它数量无关2.2.3平衡组成的计算1.2.说明：在没有副反应的情况下，平衡转化率与平衡gCOsCaOsCaCO230BBB032sgseqCaCOeqCOeqCaOssCOeqCaO2ssCaCOeqCaCO33pgpRTggeqCOCOeqCO222ln0ln2pgpRTGeqCOmrpgpRTsgseqCOCaCOCOCaO232lnpgpTKeqCO2该原料的投料量原料量平衡时已经转化的某种平衡转化率＝的产量按化学方程式计量产品平衡时产品的产量平衡产率＝产率相等§2.3化学反应的标准摩尔吉布斯自由能变规定在指定温度下，有标准态的稳定单质生成1mol标准状态下指定相态的某物质时，反应的吉布斯自由能变称为在此温度下该物质的标准摩尔生成吉布斯自由能，用表示说明：稳定单质的标准摩尔生成吉布斯自由能变为零§2.4影响化学平衡的因素2.4.1温度对化学平衡的影响1.称为化学反应的等压方程分析：对于放热反应，则，即升高温度，则减小，也就是平衡向逆方向移动或者说，升高温度平衡向吸热方向移动反之，降低温度平衡向放热方向移动2．根据等压方程，可以定量地计算出不同温度下的a、按常数处理据，若或温度变化范围不大时，皆可按常数处理等压方程式积分：mfGBmfBBmrGG,2lnRTHdTKdmr0mrH0lndTKdKKmrHCpTHp0CpmrHdTRTHKdTTmrKK21212ln2112121211lnTRTTTHTTRHKKmrmr即若取不定积分，得：以为纵坐标，以为横坐标，作一直线，斜率为，即可求出b、随T变化由可得：式中可视为积分常数，将某一温度下的代入上式，即可求出，代入等压方程并积分得：I为积分常数2.4.2压力对化学平衡的影响1、判据若反应温度一定，式中的为一常数2、讨论a、当若总压力p增加，因不变，故减小则平衡向产物减小的方向移动，即向着逆反应方向移动，转化率降低b、当若总压力p增加，因不变，故增加则平衡向产物增加的方向移动，即向着正反应方向移动转化率增加CRTHTKmrlnTKlnT1RHmrmrHmrHrmdHCpdT2CpabTcT2323rmbcHHaTTTHmrHH2lnln26HabcKTTTTIRTRRRBBppKxTKTK0BBTKKx0BBTKKxc、当则，平衡与总压力p无关，即总压力改变不会引起化学平衡的移动2.4.3惰性组分对化学平衡的影响1、判据对理想气体反应2、讨论如果，恒压条件下，平衡物系中添加惰性组分增大，减小，则，因而反应将正向自动进行，直到出现新平衡如果，其情况与上述恰好相反0BBKxTKBBBBpnpnpnpnJBBBBBBBB0BBBBnJKJ0BB