工科物理化学课件-工科第三章-考研试题文档资料系列.ppt

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1、第三章第三章 化学反应热力学化学反应热力学 v化学热力学化学热力学：把热力学的原理用于研究化学反应以：把热力学的原理用于研究化学反应以及与化学反应相关的物理现象，就形成了化学反应及与化学反应相关的物理现象，就形成了化学反应热力学。热力学。v化学反应热力学利用热力学第一定律来解决化学反化学反应热力学利用热力学第一定律来解决化学反应中的能量变化即化学反应的热效应；应中的能量变化即化学反应的热效应；v利用热力学第二定律来解决化学反应的方向和限利用热力学第二定律来解决化学反应的方向和限度即化学平衡。度即化学平衡。v热力学第三定律从理论上解决了用热化学数据计热力学第三定律从理论上解决了用热化学数据计算化

2、学平衡的问题。算化学平衡的问题。 3 31 1 化学反应的焓变化学反应的焓变 一、反应进度一、反应进度223N3HNH20 BB 0 是物质是物质B B在该化学反应方程式中的化学计量在该化学反应方程式中的化学计量系数。反应物的系数。反应物的v vB B为负值，产物的为负值，产物的v vB B为正值。为正值。 B-1 -3, , 2223NHNH )0()(111BBBntnt 时刻：时刻：1 1、定义：、定义：物理意义：描述反应进行的程度物理意义：描述反应进行的程度。 量纲：量纲：molmol dnBB d 或：或： )0()(222BBBntnt 时刻：时刻： )()( ) -( 1212t

3、ntnBBB BBn BBBBBntnn )0()( 2 2、取值、取值： 1mol1mol反应指的是：有反应指的是：有1 1. .5mol H5mol H2 2 和和 0 0. .5 mol N5 mol N2 2反应，生成反应，生成1mol 1mol 水。水。当反应进度为当反应进度为1mol1mol时，即有时，即有3mol H3mol H2 2和和1mol N1mol N2 2反应反应生成了生成了2mol NH2mol NH3 3 1发生了发生了1mol1mol反应，或者说按方程式的反应，或者说按方程式的计量系数完成了计量系数完成了1mol1mol的反应。的反应。注意：注意： 与化学反应方

4、程式的写法有关。与化学反应方程式的写法有关。 223N3HNH20 223N21H23NH0 在恒温、恒压以及在恒温、恒压以及W=0W=0的条件下：的条件下：BBBdXXdn BBBX d ,BBBT pXX rmX rmX 表示在恒温、恒压以及表示在恒温、恒压以及W=0W=0的条的条件下，当反应进度为件下，当反应进度为时，发生时，发生1 1molmol反应反应引起系统的广度性质状态函数的变化。引起系统的广度性质状态函数的变化。二、标准摩尔反应焓变二、标准摩尔反应焓变 在恒温、恒压以及在恒温、恒压以及W=0W=0的条件下：的条件下：BBBdHHdn BB 0BBBH d ,BBBT pHH r

5、mH 是恒温、恒压下焓随反应进度的变化率；是恒温、恒压下焓随反应进度的变化率；rmH 是当反应进度为是当反应进度为时，发生时，发生1 1molmol反应引起反应引起系统的焓变。系统的焓变。rmH 223 N + 3H = 2NH-1 -3, , 2223NHNH ,BBBT pHH 例：例：rmH rmBBBHH 322NHHN23HHH1 1、摩尔反应焓变摩尔反应焓变( (r rH Hm m ) ): :当系统中进行了当系统中进行了1mol1mol的反应时，系统的焓变的反应时，系统的焓变. . 单位单位: :J Jmolmol-1-1或或kJkJmolmol-1-1注意：其值与化学反应方程式

6、的写法有关。注意：其值与化学反应方程式的写法有关。)1( 2NH3HNr322mH )2( 4NH6H2Nr322mH )1(2)2( rrmmHH ormH 2 2、标准、标准摩尔反应焓变摩尔反应焓变( ):( ):( (1 1) )、定义：在等温、等压并且不做非体积功的、定义：在等温、等压并且不做非体积功的条件下，由处于标准态的反应物生成处于标准条件下，由处于标准态的反应物生成处于标准态的产物，当系统进行了态的产物，当系统进行了1mol1mol反应时，系统的反应时，系统的焓变。焓变。( (2 2) )、仅是温度的函数、仅是温度的函数：mMlLbBaA ( )( )( )( )( )OOOO

7、OrmLMABHTlHTmHTaHTbHT ( )( )( )OOrmBBBHTHTf T ( )ormHT ( (3 3) )、 并非实际化学反应的焓变并非实际化学反应的焓变。bB+aA( )ormHT lL+ mM1H aA+ bBH lL + mM2H O12rmHHHH (4)(4)与化学反应方程式的写法有关：与化学反应方程式的写法有关：O223rN3H2NH (1)mHO223r2N6H4NH (2)mHOOrr (2)2(1)mmHH三、标准摩尔反应焓变的计算：三、标准摩尔反应焓变的计算：O22rm,1O22rm,2 1 C(s) O (g) CO (g) (2) CO(g) 1/

8、2O (g) CO (g) HH已已知知：（ ）1 1、盖斯定律：化学反应无论是一步完成，还是、盖斯定律：化学反应无论是一步完成，还是分几步完成，反应的热效应是相同的。分几步完成，反应的热效应是相同的。Om,2rOm,1rOm,3r HHH 所以：所以：O2rm,3 (3) C(s) 1/2O (g) CO(g) H？ (2)-(1)(3) 由于：由于：2 2、由标准摩尔生成焓计算、由标准摩尔生成焓计算 定义：在反应温度定义：在反应温度T T，由处于标准状态的，由处于标准状态的“稳定稳定态单质态单质”生成生成1mol1mol标准状态下指定相态的化合标准状态下指定相态的化合物的反应的焓变。物的反

9、应的焓变。符号：符号：)(BHOmf 单位：单位：J Jmolmol-1 -1 或或 kJkJmolmol-1-1 HCl(g)(g)H21(g)Cl2122 1molkJ31.92)298( KHOmr1molkJ31.92),298( HClKHOmf注意：注意： （1 1）稳定态单质；）稳定态单质； （2 2）生成的化合物的系数一定是）生成的化合物的系数一定是1mol.1mol. (3)(3)稳定态单质的稳定态单质的0)( BHOmf计算：对于一般的化学反应计算：对于一般的化学反应)K15.298(OmrH 稳定态单质稳定态单质标准态标准态T=298.15K标准态标准态 标准态标准态T

10、T=298.15K=298.15K)(B)(Aba标准态标准态 标准态标准态T T=298.15K=298.15K)(M)(LmlHIH2 21)(HHTHOmr 12)(HHTHOmr )15.298,()15.298,()15.298(KMHmKLHlKHOmfOmfOmr )15.298,()15.298,(- KBHbKAHaOmfOmf )()(BHTHBOmfBOmr 3 3、由标准摩尔燃烧焓计算：、由标准摩尔燃烧焓计算：定义：定义：1mol1mol物质在反应温度物质在反应温度T T、标准状态下完全燃、标准状态下完全燃烧时的标准摩尔反应焓变。称为标准摩尔燃烧热烧时的标准摩尔反应焓变

11、。称为标准摩尔燃烧热或标准摩尔燃烧焓，用符号或标准摩尔燃烧焓，用符号 表示表示。)(BHOmc 注意：注意： 完全燃烧的含义完全燃烧的含义：(g)COC2(g)NN (g);SOS O(l);HH222 完全燃烧产物的完全燃烧产物的 为零。为零。 )(BHOmc 单质的单质的 不一定为零。不一定为零。OmcH 计算：计算：)()(BHTHBOmcBOmr 3- -2 已知下述反应已知下述反应 CH3COOH (l) + C2H5OH (l) = CH3COOC2H5 (l) (l) + H2O( (1) 在在298.15K的的 ， C2H5OH( (1)的的标准摩尔燃烧焓为标准摩尔燃烧焓为-

12、-1366.8kJmol- -1，CH3COOH( (1) )的标准摩的标准摩尔燃烧焓为尔燃烧焓为- -874.54kJmol- -1。试求。试求CH3COOC2H5( (1) )的的标准标准摩尔生成焓摩尔生成焓1molkJ20. 9 mrH。（)15.298KHmf 解解:(1):(1)求乙酸乙酯的标准摩尔燃烧热：求乙酸乙酯的标准摩尔燃烧热：O(l)H(l)HCOOCCHOH(l)HCCOOH(l)CH2523523 )OH()HCOOCCH()OHHC()COOHCH( )(2O523O52O3OOOmCmCmCmCBmCBmrHHHHBHH 1-1-O52O3O523OmolkJ14.2

13、232 molkJ 9.20-1366.8-874.54 )OHHC()COOHCH()HCOOCCH( mrmCmCmCHHHH（2 2）求乙酸乙酯的标准摩尔生成焓：）求乙酸乙酯的标准摩尔生成焓：O(l)4H)(4CO)(5O)(HCOOCCH222523 ggl )()HCOOCCH(523 BOmfBOmCOmrBHHH molkJ -485.22 molkJ(-2232.14)-285.83)-4(-393.51 )HCOOCCH(1-1523 OmfH )HCOOCCH()OH(4)CO(4 52322OmfOmfOmfHHH OmrOmfOmfOmfHHHH )OH(4)CO(4)

14、HCOOCCH(22523-12-12(CO 298.15)393.51kJ mol (H O 298.15)285.83kJ mol OfmOfmHKHK 已已知知：，3 32 2 化学反应的熵变化学反应的熵变 一、标准摩尔反应熵变一、标准摩尔反应熵变在恒温、恒压、在恒温、恒压、W=0W=0的条件下的条件下BBBdSSdn BB 0BBBS d ,BBBT pSS rmS 是恒温、恒压下熵随反应进度的变化率；是恒温、恒压下熵随反应进度的变化率；rmS 是当反应进度为是当反应进度为时，发生时，发生1 1molmol反应引起反应引起系统的熵变。系统的熵变。rmS 223 N + 3H = 2NH

15、-1 -3, , 2223NHNH ,BBBT pSS 例：例：rmS rmBBBSS 322NHHN23SSS1 1、摩尔反应熵变摩尔反应熵变( (r rS Sm m ) ): :当系统中进行了当系统中进行了1mol1mol的反应时，系统的熵变的反应时，系统的熵变. . 单位单位: :J Jmolmol-1-1K K-1 -1 或或 kJkJmolmol-1-1K K-1-1 注意：其值与化学反应方程式的写法有关。注意：其值与化学反应方程式的写法有关。223rN3H2NH (1)mS223r2N6H4NH (2)mSrr (2)2(1)mmSSormS 2 2、标准、标准摩尔反应熵变摩尔反应

16、熵变( ):( ):( (1 1) )、定义：在等温、等压并且不做非体积功的、定义：在等温、等压并且不做非体积功的条件下，由处于标准态的反应物生成处于标准条件下，由处于标准态的反应物生成处于标准态的产物，当系统进行了态的产物，当系统进行了1mol1mol反应时，系统的反应时，系统的熵变。熵变。( (2 2) )、仅是温度的函数、仅是温度的函数：mMlLbBaA ( )( )( )( )( )OOOOOrmLMABSTlSTmSTaSTbST ( )( )( )OOrmBBBSTSTf T ( )ormST ( (3 3) )、 并非实际化学反应的熵变并非实际化学反应的熵变。bB+aA( )or

17、mST lL+ mM1S aA+ bBS lL + mM2S O12rmSSSS (4)(4)与化学反应方程式的写法有关：与化学反应方程式的写法有关：O223rN3H2NH (1)mSO223r2N6H4NH (2)mSOOrr (2)2(1)mmSS二、热力学第三定律二、热力学第三定律 1 1、19021902年，年，R Richardsichards 发现，温度越低，同一发现，温度越低，同一电池反应的电池反应的r rG Gm m 和和r rH Hm m 的值越接近。的值越接近。 2 2、19061906年，年，Nernst Nernst 提出假设：提出假设：0lim0TS 3 3、1912

18、1912年，年，Planck Planck 对对 Nernst Nernst 热定理作了热定理作了补充：补充：S S0 0 = 0 = 00lim 0TS 4 4、19231923年，年，L Lewisewis 和和 Randall Randall 给出热力学第给出热力学第三定律的令人满意的表述：三定律的令人满意的表述： Nernst 德国物理化学家 （1864-1941） 1920年荣获诺贝尔化学奖热力学第三定律：热力学第三定律：“在绝对零度时，任何纯物在绝对零度时，任何纯物质的完美晶体的熵等于零。质的完美晶体的熵等于零。”注意：并没有指定是哪种纯物质。注意：并没有指定是哪种纯物质。完美晶体

19、：在晶体中，分子或原子只有一种排完美晶体：在晶体中，分子或原子只有一种排列方式列方式. .例如，若例如，若NONO在晶体中有在晶体中有“NONONONONONONONO”和和“NOONNONOONNOONNONOON”两种排列方式，这就不两种排列方式，这就不是完美晶体。是完美晶体。 三、物质的规定摩尔熵和标准摩尔熵三、物质的规定摩尔熵和标准摩尔熵 1 1、规定摩尔熵：、规定摩尔熵：TCdTdSp TdTCdSp TSTpTdTCdS00 TpmmTdTCBSTBS0)0 ,(),(),(TBSOm2 2、标准摩尔熵：当物质处于标准态时的摩尔熵、标准摩尔熵：当物质处于标准态时的摩尔熵称之为标准摩

20、尔熵。用符号称之为标准摩尔熵。用符号 表示。表示。 3 3、标准摩尔反应熵变的计算、标准摩尔反应熵变的计算 对于对于 的化学反应来说，温度为的化学反应来说，温度为T T时时的的 为：为： BBB 0OmrS ),()(TBSTSBOmBOmr 3 33 3 反应焓变和反应熵变与温度的关系反应焓变和反应熵变与温度的关系 对于化学反应，为求得温度为对于化学反应，为求得温度为T T（T298.15KT298.15K）时）时的的 、 ， 可设计下列途径：可设计下列途径： OmrH OmrS T T， 标准态标准态)(M)(L ml )(OTHmr )(OTSmr 298.15K298.15K，标准态标

21、准态)(B)(A ba 298.15K298.15K，标准态标准态)(M)(L ml )K15.298(OmrH )K15.298(OmrS )(B)(A ba T T ， 标准态标准态1S 1H 2S 2H 一一、反应焓变与温度的关系、反应焓变与温度的关系 21)K15.298()(HHHTHOmrOmr KTmpmpdTBbCAaCH15.298,1),(),( TKmpmpdTMmCLlCH15.298,2),(),( ),(),(),(),(, BbCAaCMmCLlCCmpmpmpmpmpr BmpBmprBCC)(, 1 1、定积分式（、定积分式（基尔霍夫公式）基尔霍夫公式）： T

22、KmprOmrOmrdTCHTH15.298,)K15.298()( 温度范围不能超过温度范围不能超过 C Cp,mp,m与与T T关系式的适用范围，关系式的适用范围，注意：注意： 在计算的温度范围内，反应物和产物不能有相在计算的温度范围内，反应物和产物不能有相变化；变化； 计算计算 与与 C Cp,mp,m 单位必须统一；单位必须统一；)298(KHOmr 2 2、微分式：、微分式：mMlLbBaA BmBmmmmmrBHBHbAHaMHmLHlH)( )()()()( )()()(prBpBBpmBpmrCBCTBHTH mprOmrCdTHd,)( 讨论：讨论： 当当 , , 说明当温度

23、升高时，反应的焓说明当温度升高时，反应的焓变要减小。变要减小。 ,0rp mC 当当 , ,说明当温度升高时，反应的焓变说明当温度升高时，反应的焓变要增加。要增加。 ,0rp mC 当当 , , 说明反应焓变将不随温度而改说明反应焓变将不随温度而改变。变。 ,0rp mC二、反应熵变与温度的关系二、反应熵变与温度的关系21)K15.298()(SSSTSOmrOmr KTmpmpdTTBCbTACaS15.298,1),(),( TKmpmpdTTMCmTLClS15.298,2),(),( TKmprOmrOmrdTTCSTS15.298,)K15.298()( 注意：各物质在注意：各物质在

24、298.15K298.15K到到T T的温度区内的温度区内不能有相变化。不能有相变化。131molkJ70.200),OHCH( molkJ52.110),CO( gHgHOmfOmf解：已知：解：已知：113mol-90.18kJmolkJ)52.11070.200( ),CO( ),OHCH( (298.15K) gHgHHOmfOmfOmr11211113molKJ57.130)H( molKJ56.197)CO( molKJ7 .239)OHCH( OmOmOmSSS已知：已知：例例3- -3- -1 合成甲醇的反应方程式为：合成甲醇的反应方程式为：CO（g） + 2H2（g） = C

25、H3OH（g）试利用附录数据，计算）试利用附录数据，计算298.15K和和423.15K时时合成甲醇反应的合成甲醇反应的 和和 。已知。已知CO（g）、）、H2（g）和）和CH3OH（g）的）的 Cp,m 分别为分别为29.04, 29.29和和51.25JK- -1mol- -1。OmrH OmrS 1-1-1-1-2OO3OOmolK291.00J- molK130.57)J2-197.56-239.70 )H(2 )CO()OHCH()K15.298( （mmmmrSSSS11K15.423 298.15K ,OOmolJ94726 molJ)15.29815.423()37.36(90

26、180 d)K15.298()K15.423( TCHHmpmrmr1111K15.423 298.15K ,OOmolKJ7 .231molKJ 15.29815.423ln)37.36(00.219 d)K15.298()K15.423( TTCSSmpmrmr1-1-1-1-2,3,molK36.37J- molKJ)29.29204.2925.51( )H(2 )CO()OHCH( mpmpmpmpCCCC一、填空：一、填空： 1 1）某均相化学反应）某均相化学反应 A + B = C A + B = C 在恒压、绝热在恒压、绝热非体积功为零的条件下进行，系统的温度由非体积功为零的条件

27、下进行，系统的温度由 T1 T1 升高到升高到 T2T2，则此过程的，则此过程的 H H 0 0；如果此反；如果此反应是在恒温、恒压、不做非体积功的条件下进行，应是在恒温、恒压、不做非体积功的条件下进行，则则 HH 0 0。=二、选择题：二、选择题： 某化学反应在某化学反应在 300 K 300 K ，100 100 kPakPa 下进行，放热下进行，放热60000J60000J，若在相同条件下通过可逆电池来完成，则，若在相同条件下通过可逆电池来完成，则吸热吸热 6000 J6000 J，该化学反应的，该化学反应的 SS为（为（ ）。）。 a) 200 Ja) 200 JK K-1 -1 b)

28、 200 Jb) 200 JK K-1 -1 c c）-20 J-20 JK K-1 -1 d) 20 Jd) 20 JK K-1-1 d3 3）已知）已知 H H2 2O (l)O (l)的的 ， 则则H H2 2（g g）的）的 = = kJkJ molmol-1-1。 1molkJ84.285)298( KHOmf)298(KHOmc -285.84三、等容反应三、等容反应 1 1、摩尔热力学能变：当反应系统进行了、摩尔热力学能变：当反应系统进行了1mol1mol的反的反应时，系统的热力学能的变化称为反应的摩尔应时，系统的热力学能的变化称为反应的摩尔热力学能变化，用热力学能变化，用r r

29、U Um m表示。表示。 UUrmr 注意：注意： 的单位的单位 J Jmolmol-1-1, ,其中其中molmol-1-1指每摩尔反应。指每摩尔反应。 mrU 与具体的反应方程式的写法有关。与具体的反应方程式的写法有关。mrU UUUrTp )()(pVUUpVUHTrpr prpQHU ,等温等压，等温等压，WW=0=0等温等容，等温等容，WW=0=0等温等温TU2 2、定压热效应（、定压热效应（ r rH Hm m）与定容热效应（）与定容热效应（ r rU Um m）B0BBv 始态（始态（ ） T，p，V11B0BBv 末态（末态（ ） T，p，V22VrQU B0BBv 末态（末态

30、（ ） T，p1，V12（1 1）：如果反应系统是理想气体，则）：如果反应系统是理想气体，则T TU=0U=0，得，得 BBmrmrRTgUH)（ )(12VVpUUHTrr BBrrrrRTnUVVpUpVUH )()(12式中式中v vB B为化学计量方程式中气体物质的计量系数。为化学计量方程式中气体物质的计量系数。（2 2）：反应物和产物均为凝聚相：）：反应物和产物均为凝聚相：（3 3）：反应物和产物既有凝聚相，又有气相。）：反应物和产物既有凝聚相，又有气相。BBg)(式中式中 化学计量方程式中气体物质的计量系数。化学计量方程式中气体物质的计量系数。 BBmrmrRTUH mrmrUH

31、例例3- -3- -2 实验测得实验测得0.5320g C6H6(l)在在298.15K和等容条件下充和等容条件下充分燃烧后，放出分燃烧后，放出22.23kJ的热。燃烧的最终产物为的热。燃烧的最终产物为CO2(g)和和H2O(l)，求下列反应的，求下列反应的rUm和和rHm。（1）C6H6（l）+ （2）2C6H6（l）+ )(O3H(g)6CO(g)15/2O222l)(OH6(g)CO12(g)15O222l解：解：mol106.811mol)1011.78105320. 0(333 Mmnmol106.811mol)110811. 6()1(33 BBvn 反反应应：对对1-31-3mo

32、lkJ10.2643molkJ)106.81123.22(/ UUrmr661; )67.51.5C HBvvg （1-3-16molkJ10.2683 molkJ)5 . 1(2 .298314. 810.2643 RTvUHBmrmrmolkJ10536. 6molkJ10527. 633 mrmrHU结论：化学计量方程式的写法不同，则结论：化学计量方程式的写法不同，则 与与 的值也不同。的值也不同。mrH mrU mol10406. 336666 HCHCn 对方程式（对方程式（2 2）：）： 31512 266BHC ；四、绝热反应四、绝热反应 例例3-3-3 3-3-3 在工业上常用

33、燃烧乙炔来焊接或在工业上常用燃烧乙炔来焊接或切割金属，在切割金属，在2525时将乙炔与理论量的空气混合，时将乙炔与理论量的空气混合，试估算燃烧产物能达到的最高温度。设空气中试估算燃烧产物能达到的最高温度。设空气中N N2 2:O:O2 2=4:1=4:1。 解：要求的是燃烧后的最高温度，该过程为绝热过解：要求的是燃烧后的最高温度，该过程为绝热过程程; ;反应是在常压（反应是在常压（101.325kPa101.325kPa）下进行，该过）下进行，该过程为等压程为等压;H H = = Q Qp p = 0= 0（绝热等压过程）。（绝热等压过程）。 O(g)H(g)2CO(g)O25(g)HC222

34、22 211222N mol 10 101.325kPa p 298.15KT (g)O25(g)HC 2222N mol 10 101.325kPa p T O(g)H(g)2CO 21222N mol 10 100kPa p 298.15KT )(gO25(g)HC 2122N mol 10 kPa 100 p 298.15KT O(g)H(g)2CO 0 等压，绝热，等压，绝热，W0 pQH1H 3H 2H 321HHHH kJ 54.1255)HC()OH()CO(22222 OmfOmfOmfHHH)J101.190-(399T 298.15)-(T29.121033.58137.1

35、2 )15.298()(5,3 BmpBTBCnH01 H)K15.298(2OmrHH 0 32 HHHH10100.1190-T399101.25554- 66 K3445 T要求的是燃烧后的最高温度，该过程为绝热过要求的是燃烧后的最高温度，该过程为绝热过程程; ;反应是在常压（反应是在常压（101.325kPa101.325kPa）下进行，该）下进行，该过程为等压过程为等压;H H = = Q Qp p =0=0（绝热等压过程）。（绝热等压过程）。若上述反应不是在等压条件而是在等容条件下若上述反应不是在等压条件而是在等容条件下进行，如在刚性绝热封闭容器中的混合气体燃进行，如在刚性绝热封闭

36、容器中的混合气体燃烧，则反应后不仅温度要升高，一般说来，压烧，则反应后不仅温度要升高，一般说来，压力也会增加，这时过程的力也会增加，这时过程的Q QV V =U=0 =U=0（绝热等容（绝热等容过程）。过程）。3 34 4 化学平衡和标准平衡常数化学平衡和标准平衡常数 1 1、化学反应的自发性判据、化学反应的自发性判据 BBB 0（恒温、恒压及（恒温、恒压及W=0W=0）BBBBBBdGdnd ,BBrmBT pGG （） 表示在恒温、恒压及表示在恒温、恒压及W=0W=0的条件下，当反的条件下，当反应进度为应进度为时，发生时，发生 1 1mol mol 反应引起系统的吉布反应引起系统的吉布斯函

37、数变化。称为斯函数变化。称为摩尔反应吉布斯函数变摩尔反应吉布斯函数变。 rmG 0BBBBBBdGdnd 自发自发平衡平衡 BBBmrG0 自发自发平衡平衡显然：显然： 可以用来判别化学反应的方向和限度。可以用来判别化学反应的方向和限度。rmG 1 1、反应自发地向吉布、反应自发地向吉布斯函数减小的方向斯函数减小的方向进行。进行。rmG 2 2、 随反应的进随反应的进行，其绝对值不断行，其绝对值不断减小，说明反应的减小，说明反应的趋势逐渐减弱。趋势逐渐减弱。2 2、化学反应的等温方程、化学反应的等温方程 混合理想气体中组分混合理想气体中组分B B的化学势为的化学势为 OBOBBppRT ln

38、BBOBOBOBOBBBmrBBppRTppRTG )(ln)ln(, BOBBOmrG BOBpBppJ )(pOmrmrJRTGGln J Jp p是给定状态下的压力商。是给定状态下的压力商。化学反应的标准摩尔反应吉布斯函数。化学反应的标准摩尔反应吉布斯函数。OmrG 非理想气体中组分非理想气体中组分B B的化学势的化学势OBOBBpfRT ln BOBfBpfJ )(fOmrmrJRTGGln 计算在给定条件下的计算在给定条件下的 ，从而可，从而可以判断在该条件下非理想气体化学反应的方以判断在该条件下非理想气体化学反应的方向以及是否达到平衡。向以及是否达到平衡。 mrG 注意：注意：（）

39、是化学反应的推动力。（）是化学反应的推动力。mrG （）是用来判别化学反应的方向的，（）是用来判别化学反应的方向的，当的绝对值很大时，也近似用当的绝对值很大时，也近似用来判别反应的方向。来判别反应的方向。OmrG OmrG mrG （3 3） 和和 均与化学反应方程式的写均与化学反应方程式的写法有关。法有关。rmG OrmG 3 3、标准平衡常数、标准平衡常数RTGOOmreK/ OmrOGKRT lnpOmrmrJRTGGln pOmrJRTKRTGlnln 若若 ，则，则 ，反应自发向右进行；，反应自发向右进行；pOJK 0 mrG若若 ，则，则 ， 反应达平衡。反应达平衡。 pOJK 0

40、 mrG若若 ，则，则 ，反应自发向左进行；，反应自发向左进行；pOJK 0 mrG定义：定义：当反应达到平衡时，当反应达到平衡时，0 mrG0)ln(ln 平衡平衡pOJRTKRT平衡平衡平衡平衡)()( BOBpOBppJK 平衡平衡平衡平衡)()( BOBfOBpfJK 例：例：注意：注意： （1 1 ）表示平衡时各组分的分压比）表示平衡时各组分的分压比上标准压力的系数次方的乘积，表示在反应进上标准压力的系数次方的乘积，表示在反应进行的任意瞬间，各组分的分压比上标准压力的系数行的任意瞬间，各组分的分压比上标准压力的系数次方的乘积。次方的乘积。OKpJ（2 2）对特定的反应方程来说，只与温

41、度有关。）对特定的反应方程来说，只与温度有关。OK（）与化学方程式的写法有关。（）与化学方程式的写法有关。OK(g)NH(g)H23(g)N21322 (g)NH2(g)3H(g)N322 OOO2Orm,1rm,2122 ( )GGKK 计算：计算： （1 1）由）由 和和 计算标准平衡常数。计算标准平衡常数。OmrH OmrS OmrOmrOmrSTHG RTGOOmreK/ （2 2）由标准摩尔生成吉布斯函数计算标准平衡常数）由标准摩尔生成吉布斯函数计算标准平衡常数 ：恒温下由标准态的稳定单质，生成一摩尔恒温下由标准态的稳定单质，生成一摩尔标准态的指定相态化合物，该反应的吉布斯函数标准态

42、的指定相态化合物，该反应的吉布斯函数变化称为该化合物的标准摩尔生成吉布斯函数。变化称为该化合物的标准摩尔生成吉布斯函数。OmfG 稳定状态的单质的标准摩尔生成吉布斯函数为零。稳定状态的单质的标准摩尔生成吉布斯函数为零。 ),(TBGGOmfBBOmr RTGOOmreK/ （3 3）由有关反应的标准平衡常数计算）由有关反应的标准平衡常数计算 例例3-4-3 3-4-3 已知已知298K298K时反应时反应 O254221(1) CH (g)H O(g)CO(g)3H (g) 1.2 10K O2042222(2) CH (g)2H O(g)CO (g)4H (g) 1.3 10K OmrOmr

43、OmrGGG2,1 ,3,2 O4223(3) CH (g)CO (g)2CO(g)2H (g) K求求解：反应（解：反应（3 3）=2=2（1 1）- - （2 2） )ln(ln2ln213OOOKRTKRTKRT 30202252213101 . 1103 . 1)102 . 1()( OOOKKK(4)由平衡时个组分的分由平衡时个组分的分压计算。压计算。平衡平衡平衡平衡)()( BOBpOBppJK 平衡常数的其他表示平衡常数的其他表示（1 1）用分压表示的平衡常数）用分压表示的平衡常数K Kp p BBpBpK ()()()BBBBOOOBBpOBBpKppKpp（2 2）用摩尔分数

44、表示的平衡常数）用摩尔分数表示的平衡常数K Ky y BByByK BBpyp ()()()()BBBBBOBBByOOOOBBBppyppKyKpppp（3 3）用物质的量浓度表示的平衡常数）用物质的量浓度表示的平衡常数 K Kc c O-3BO() =1 mol dm BcBcKcc BBBnRTpcRTV BOBOB()pKp BBOBOOB()()cc RTpc BOBOOB()cRT cpc BOOO()cc RTKKp （4 4）用物质的量表示的平衡常数）用物质的量表示的平衡常数 K Kn n BBnBnK pnnpBBB BOBBBOBOBBpnpnppK )()()()BBBB

45、nOOBBBppnKn pn p当当vvB B=0=0时时 OpycnKKKKK多相化学反应及平衡的计算多相化学反应及平衡的计算32CaCO (s)CaO(s)CO (g)23rmBBCaO(s)CO (g)CaCO (s)BG 2CO lnOrmOpGRTp 33OCaO(s)CaO(s)CaCO (s)CaCO ( ) Os222COCO (g)CO (g)lnOOpRTp223COOCaO( )CO ( )CaCO ( ) lnOOrmsgsOpGRTp当反应达平衡时：当反应达平衡时：22COCOOOrmOOln ppGRTKpp 即即： 在多相反应中，平衡常数中只写入气体的分在多相反应

46、中，平衡常数中只写入气体的分压与标准压力的系数次方的乘积。压与标准压力的系数次方的乘积。mlnOrmrpGGRTJ （）平衡常数：（）平衡常数：（）化学反应的等温方程：（）化学反应的等温方程：在多相反应中，化学反应等温方程的形式和意在多相反应中，化学反应等温方程的形式和意义均不变。义均不变。（1）分解压：在一定温度下，）分解压：在一定温度下， 是一个常数，是一个常数，称为该温度下的分解压。称为该温度下的分解压。2COp例例3-6-5 3-6-5 受热后可以分解成受热后可以分解成 和和 现有潮湿的现有潮湿的 用用110110的空气进行干燥，的空气进行干燥，但要求干燥过程中但要求干燥过程中 不能分

47、解。试求空气不能分解。试求空气中中COCO2 2(g)(g)的分压的分压 为多少时才能避免为多少时才能避免 分解。已知反应分解。已知反应 的的 为为 ， 为为 。2322Ag CO (s) = Ag O(s) + CO (g)-178.372 kJ mol Orm(383.15K)S -1-1168 J Kmol23Ag CO (s)2Ag O(s)2CO (g)23Ag CO (s)23Ag CO (s)2COp23Ag CO (s)Orm(383.15K)H 解：解：OOOrmrmrmGHTS -1-1 =(78372-383.15 168) J mol14002 J molOOrmexp

48、GKRT 14002exp()0.011948.314 383.15 OpJK 22COCOO0.01194 1194 Pa ppp 平衡转化率的计算平衡转化率的计算 转化率：转化掉的某反应物占原始反应物的分数。转化率：转化掉的某反应物占原始反应物的分数。反应物消耗的物质的量反应物消耗的物质的量 某反应物加入的物质的量某反应物加入的物质的量例例3-6-4 3-6-4 已知反应已知反应 CO(gCO(g)+ H)+ H2 2O(g) = HO(g) = H2 2(g)+CO(g)+CO2 2(g) (g) 在在800800时时K K=1=1。(1)(1)若将等物质的量若将等物质的量COCO和和H

49、 H2 2O(g)O(g)在在800800反应，求平衡时反应，求平衡时COCO的转化率和摩尔分数；的转化率和摩尔分数；（2 2）若）若CO CO 和和H H2 2O O（g)g)物质的量比为物质的量比为1 1：5 5，求，求COCO的的平衡转化率和摩尔分数。平衡转化率和摩尔分数。解：解： （1 1）设）设COCO的转化率为的转化率为222CO(g)+H O(g)H (g)+CO (g) 开始开始 1 1 0 01 1 0 0平衡平衡 1-1- 1- 1- 0B 因为：因为：2O21(1)nKK 1-0.830.83 y =0.02836 222CO(g)+H O(g)H (g)+CO (g)

50、（2 2）开始开始 1 5 0 01 5 0 0平衡平衡 1-1- 5- 5- 2O1(1)(5)nKK 0.50.5 y =0.252 2H2O(g) = 2H2(g) + O2(g)3-193-19、（、（1 1）在）在11201120下用下用H H2 2还原还原FeO(sFeO(s) )，平衡混，平衡混合物中合物中H H2 2的摩尔分数为的摩尔分数为0.540.54。求。求FeO(sFeO(s) )的分解压。已的分解压。已知同温度下反应知同温度下反应 的的 为为3.4 3.4 1010- -1313。（2 2）在炼铁炉中，氧化铁按如下反应还原：）在炼铁炉中，氧化铁按如下反应还原： 求求1