物理化学课件第四章化学平衡ppt.ppt

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1、习题课习题课习题课习题课平衡组成计算平衡组成计算平衡组成计算平衡组成计算其它因素的影响其它因素的影响其它因素的影响其它因素的影响温度对温度对温度对温度对KK影响影响影响影响 平衡常数测定平衡常数测定平衡常数测定平衡常数测定平衡常数的表示法平衡常数的表示法平衡常数的表示法平衡常数的表示法反应反应反应反应 r rGGmm 反应的方向和限度反应的方向和限度反应的方向和限度反应的方向和限度 第四章第四章第四章第四章化学平衡化学平衡化学平衡化学平衡1动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用4.1 4.1 化

2、学反应的方向和限度化学反应的方向和限度一、化学反应的方向和限度一、化学反应的方向和限度二、反应系统的二、反应系统的Gibbs自由能自由能 三、化学反应的平衡常数和等温方程三、化学反应的平衡常数和等温方程 2动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、化学反应的方向和限度一、化学反应的方向和限度一、化学反应的方向和限度一、化学反应的方向和限度对于反应对于反应对于反应对于反应:ReactantsReactantsProductsProducts当反应达到平衡态时，具有下列特征：当反应达到平衡态时，具有

3、下列特征：当反应达到平衡态时，具有下列特征：当反应达到平衡态时，具有下列特征：1.1.1.1.系统中各物质的量不再随时间而改变。即反应进系统中各物质的量不再随时间而改变。即反应进系统中各物质的量不再随时间而改变。即反应进系统中各物质的量不再随时间而改变。即反应进度达到极限值度达到极限值度达到极限值度达到极限值 eqeq（反应的限度）。（反应的限度）。（反应的限度）。（反应的限度）。2.2.2.2.宏观上看反应停止了，实际上达到动态平衡。宏观上看反应停止了，实际上达到动态平衡。宏观上看反应停止了，实际上达到动态平衡。宏观上看反应停止了，实际上达到动态平衡。rate(forward)=rate(b

4、ackward)rate(forward)=rate(backward)3.3.3.3.平衡不受催化剂的影响平衡不受催化剂的影响平衡不受催化剂的影响平衡不受催化剂的影响4.4.4.4.反应条件不仅能影响平衡，还能改变反应方向。反应条件不仅能影响平衡，还能改变反应方向。反应条件不仅能影响平衡，还能改变反应方向。反应条件不仅能影响平衡，还能改变反应方向。如：加压能使石墨如：加压能使石墨如：加压能使石墨如：加压能使石墨金刚石金刚石金刚石金刚石3动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二、反应系统的二、反

5、应系统的Gibbs自由能自由能封闭的单相系统，不作非体积功，当发生了一个微小变化时，有：引入反应进度等温、等压0 0 0 逆向自发逆向自发逆向自发逆向自发公式适用条件4动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用反应系统的反应系统的G随随变化关系变化关系设一简单的理想气体反应设一简单的理想气体反应:=0 nA=1mol nB=0 反应了反应了 剩余剩余 nA=1 nB=当反应进度为当反应进度为 时，反应系统的时，反应系统的G为：为：G=G*+mixG=(nAA*+nBB*)+RT(nA ln xA+n

6、B ln xB)将将nA=1 nB=xA=nA/n=1 xB=nB/n=代入上式代入上式()()T,pT,p A(g)A(g)B(g)B(g)A A*B B*,*,即即即即G Gm,Am,A*G Gm,Bm,B*5动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用G G 10 第一项第一项第一项第一项G G*在图上为在图上为在图上为在图上为一条直线。一条直线。一条直线。一条直线。A B 第二项第二项 mixG0，所，所以以GG*，G G为一条为一条为一条为一条有极小值的曲线。有极小值的曲线。有极小值的曲线。

7、有极小值的曲线。G=G*+G=G*+mixmixG=G=6动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用反反应应平平衡衡条条件件:()T,p（W=0）系统系统系统系统GibbsGibbs自由能自由能自由能自由能GG随随随随 的变化为一条曲线的变化为一条曲线的变化为一条曲线的变化为一条曲线都向着系统都向着系统都向着系统都向着系统GibbsGibbs自由能降低的方向进行。自由能降低的方向进行。自由能降低的方向进行。自由能降低的方向进行。0 0 0 0 0 0 0 反应逆向自发。反应逆向自发。反应逆向自发。反

8、应逆向自发。G eqeq10 A B 7动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用为什么化学反应通常不能进行到底？为什么化学反应通常不能进行到底？严格讲，反应物与产物处于同一系统的反应都是可逆的，不能进行到底。只有逆反应与正反应相比小到可以忽略不计的反应，可以粗略地认为可以进行到底。这主要是由于存在混合Gibbs自由能的缘故。8动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用为什么化学反应通常不能进行到底？为什

9、么化学反应通常不能进行到底？以反应D+E=2F为例，在反应过程中Gibbs自由能随反应过程的变化如图所示。R点，D和E未混合时Gibbs自由能之和；P点，D和E混合后Gibbs自由能之和；T点，反应达平衡时，所有物质的Gibbs自由能之总和，包括混合Gibbs自由能；S点，纯产物F的Gibbs自由能。系统的Gibbs自由能在反应过程中的变化（示意图）因D、E混合因生成F后使自由能降低后的自由能降低D、E、F混合9动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 若要使反应进行到底，须在vantHoff 平

10、衡箱中进行，防止反应物之间或反应物与产物之间的任何形式的混合，才可以使反应从R点直接到达S点。10动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三三三三.化学反应的平衡常数和等温方程化学反应的平衡常数和等温方程化学反应的平衡常数和等温方程化学反应的平衡常数和等温方程理想气体的化学反应理想气体的化学反应理想气体的化学反应理想气体的化学反应aA +bB g G +hHaA +bB g G +hH1.1.平衡时，平衡时，平衡时，平衡时，11动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔

11、偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用等式的右侧各项是温度的函数，当温度一定时为一常数等式的右侧各项是温度的函数，当温度一定时为一常数等式的右侧各项是温度的函数，当温度一定时为一常数等式的右侧各项是温度的函数，当温度一定时为一常数 K称为热力学平衡常数，它仅是温度的函数。是无量纲的量。因为它与标准化学势有关，所以又称为标准平衡常数。G是产物与反应物均处于标准态时，产物与反应物的吉布斯自由能之差，称为标准吉布斯自由能。12动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.

12、2.2.任意时刻任意时刻任意时刻任意时刻-范特霍夫等温方程范特霍夫等温方程范特霍夫等温方程范特霍夫等温方程(VanVan tHofftHoff)Qp是分压商，是分压商，不是平衡常数不是平衡常数 rGm=rGm+RTln Qp=RTln K+RTln Qp()T,p QpK rGmK rGm0 逆向自发逆向自发 13动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用令令令令（活度商）（活度商）范特霍夫范特霍夫范特霍夫范特霍夫(VanVan tHofftHoff)等温方程。等温方程。等温方程。等温方程。i i=

13、i i+RTln Qa rGm=rGm+RTln Qa=RTln K+RTln QaQaK rGmK rGm0 逆向自发逆向自发 理想气体理想气体 ai-pi/p实际气体实际气体 ai-fi/p理想溶液理想溶液 ai-xi理想稀溶液理想稀溶液 ai-c/c,m/m 14动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例题例题例题例题1 1 1 1有理想气体反应有理想气体反应有理想气体反应有理想气体反应2H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)=2H(g)=2H2 2O(g),O(g),在在在在2000

14、K2000K时，已知时，已知时，已知时，已知KK1.55*101.55*107 7。(1)(1)计算计算计算计算HH2 2和和和和 O O2 2的分压各为的分压各为的分压各为的分压各为1.00*101.00*104 4PaPa，水蒸气的分，水蒸气的分，水蒸气的分，水蒸气的分压为压为压为压为1.00*101.00*105 5PaPa的混合气中，进行上述反应的的混合气中，进行上述反应的的混合气中，进行上述反应的的混合气中，进行上述反应的 r rG Gmm，并判断反应自发进行的方向。并判断反应自发进行的方向。(2)(2)当当HH2 2和和和和 O O2 2的分压仍然分别为的分压仍然分别为的分压仍然分

15、别为的分压仍然分别为1.00*101.00*104 4PaPa，欲使反，欲使反，欲使反，欲使反应不能正向自发进行，水蒸气的分压最少需要多大应不能正向自发进行，水蒸气的分压最少需要多大应不能正向自发进行，水蒸气的分压最少需要多大应不能正向自发进行，水蒸气的分压最少需要多大？15动画动画经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用解解解解:(1):(1):(1):(1)反应系统的分压比反应系统的分压比反应系统的分压比反应系统的分压比rGm0或者或者Qp0,0,(不能指示方向不能指示方向不能指示方向不能指示方向)当

16、当当当Q Qp p KK r rG Gmm0 K K ，即即即即66 10105555,则则则则OO2 2的的的的压压压压力力力力必必必必须须须须小小小小于于于于2.82.8 1010-107-107PaPa，才才才才能能能能使使使使 r rG Gmm00，这实际上是不可能实现的。，这实际上是不可能实现的。，这实际上是不可能实现的。，这实际上是不可能实现的。rGm 40 kJ mol-1 反应可逆向自发进行反应可逆向自发进行 rGm 0,吸吸热热反反应应(endothermic),T,K 微分式微分式 rHm 0,气体分子数增加气体分子数增加 p,Kx 即反应即反应 分子数减少方向分子数减少方向 p,Kx 即反应即反应 分子数增加方向分子数增加方向0,n总总,Kn,即产物的量0,0,p p ,K Kx x 0,0,0,K Kn n 0,0,K Kn n 74