外界因素对化学平衡影响市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

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1、外界原因对化学平衡影响第1页 第四节第四节外界原因对化学平衡影响外界原因对化学平衡影响本节主要讨论温度本节主要讨论温度,压力和惰性气体对化学平衡影响压力和惰性气体对化学平衡影响.一一.温度对化学平衡影响温度对化学平衡影响:若将反应平衡常数普通地记为若将反应平衡常数普通地记为K0,有有:rGm/T=RlnK0 在恒压下对上式微分在恒压下对上式微分:(rGm/T)/Tp=RdlnK0/dT由吉布斯由吉布斯-赫姆霍兹公式赫姆霍兹公式,有有:(rGm0/T)/Tp=rHm0/T2=RdlnK0/dT dlnK0/dTp=rHm0/RT2(1)rHm00,吸热反应吸热反应dlnK0/dT0升温对正向反应

2、有利升温对正向反应有利;rHm00,放热反应放热反应dlnK0/dT0降低压力对正向反应有利降低压力对正向反应有利;i0(lnK0)/p)T0降压对正向反应有利降压对正向反应有利;rVm*0增压对正向反应有利增压对正向反应有利;rVm*=0(lnK0)/p)T=0改变压力平衡不移动改变压力平衡不移动.第12页例例:在在298.15K,1p0下下,石墨密度为石墨密度为2.260g.cm3,金刚石密度为金刚石密度为3.515g.cm3,试求试求:(1)在在298.15K,1p0下下,能否由石墨制备金刚能否由石墨制备金刚石石;(2)在在298.15K下下,需加多大压力石墨才能变为金刚石需加多大压力石

3、墨才能变为金刚石?解解:(1)由热力学数据表查得由热力学数据表查得:fGm0(石墨石墨,298.15K)=0;fGm0(金刚石金刚石,298.15K)=2.87 kJ.mol-1.反应反应C(石墨石墨)=C(金刚石金刚石)在在298.15K和和1p0下下:rGm0(298.15K)=2.87-0=2.87kJ/mol0 在此条件下反应不能正向进行在此条件下反应不能正向进行,故石墨不能变成金刚石故石墨不能变成金刚石.(2)在等温条件下有在等温条件下有:(rGm0/p)T=rVm*rGm(p)rGm(p0)=rVm*dp=rVm*(pp0)令令:rGm(p)=0,此时石墨与金刚石达平衡此时石墨与金

4、刚石达平衡.rGm(p0)=rVm*(pp0)代入题给条件代入题给条件:第13页-2870=(12.011/3.515-12.011/2.26)10-6(p-1-1325)解得解得:p=1.51109Pa 15000 atm.若要在若要在298.15K条件下由石墨制备金刚石条件下由石墨制备金刚石,所施加压力最少应大所施加压力最少应大于于15000个大气压个大气压.三三.惰性气体对反应平衡影响惰性气体对反应平衡影响:这儿所说惰性气体不但仅是零族元素这儿所说惰性气体不但仅是零族元素,而是体系中全部不参加而是体系中全部不参加化学反应成份化学反应成份.如如:对反应对反应 CO+0.5O2=CO2,N2

5、就是一个惰性气体就是一个惰性气体.周期表中零周期表中零族元素族元素,几乎是一切气相反应惰性气体几乎是一切气相反应惰性气体.惰性气体存在对反应平衡移动影响分两种情况惰性气体存在对反应平衡移动影响分两种情况:(1)反应体系总压恒定反应体系总压恒定:当体系总压恒定时当体系总压恒定时,加入惰性气体会降低反应组分压力加入惰性气体会降低反应组分压力,这种效这种效应与降低反应体系压力效应是一样应与降低反应体系压力效应是一样,故能够用前面所介绍结果故能够用前面所介绍结果对此作一样分析对此作一样分析.第14页(2)体系体积恒定体系体积恒定:此时加入惰性气体会使体系总压升高此时加入惰性气体会使体系总压升高,但对于

6、但对于体系中反应组成而言体系中反应组成而言,其分压之和并没有改变其分压之和并没有改变,故化学平衡不会移动故化学平衡不会移动.但当反应体系为非理想气体时但当反应体系为非理想气体时,在等容条件下在等容条件下加入惰性气体有可能改变分压组分逸度系数加入惰性气体有可能改变分压组分逸度系数,故体系平衡也可能会移动故体系平衡也可能会移动.但在普通情况下但在普通情况下,能能够不考虑惰性气体影响够不考虑惰性气体影响.第15页例例:有合成氨反应有合成氨反应:N2+3H2=2NH3 在在748K和和300p0下下,氮氢比按化学计量系数比进氮氢比按化学计量系数比进行混合并使之发生反应行混合并使之发生反应,可得到可得到

7、31%NH3.若起若起始混合物体积百分数分别为始混合物体积百分数分别为:18%N2,72%H2和和10%惰性气体惰性气体,试求试求NH3产率产率?解解:已知在题给条件下已知在题给条件下,反应体系反应体系K=0.5776.N2 +3H2 =2NH3 t=0:1.0 3.0 0平衡平衡:1-x 3-3x 2xn=4-2x 第16页 Kx=(2x/(4-2x)2(4-2x)/(1-x)(4-2x)3/33(1-x)3 =16/27x2(2-x)2/(1-x)4 由题给由题给NH3产率产率:2x/(4-2x)=0.31x=0.4733代入代入Kx计算式求得计算式求得:Kx=4.0198 Kf0=KxK

8、(p/p0)-2=4.01980.5776(300/1)-2 =2.5810-5 若反应体系中加入若反应体系中加入10%惰性气体惰性气体:N2 +3H2 =2NH3 惰性气体惰性气体t=0:0.18 0.72 0 0.1平衡平衡:0.18-x 0.72-3x 2xn=1-2xKx=Kf0/(K(p/p0)-2)=4.02 =2x/(1-2x)2(1-2x)/(0.18-x)(1-2x)3/(0.72-3x)3整理得方程整理得方程:x2(1-2x)2/(0.18-x)(0.24-x)3=27.13第17页用试差法解得用试差法解得:x=0.0984达反应平衡时达反应平衡时,NH3含量为含量为0.0984/(1-2*0.0984)=0.245,即为即为24.5%.而不含惰性气体时而不含惰性气体时NH3产率达产率达31%,说明当体系中含有说明当体系中含有惰性气体时使惰性气体时使NH3产率降低产率降低.在工业生产上在工业生产上,合成氨原料气时循环使用合成氨原料气时循环使用,原料气中惰性气体含原料气中惰性气体含量会伴随循环次数增多而增加量会伴随循环次数增多而增加,为了保持氨产率稳定为了保持氨产率稳定,在工业合在工业合成氨生产车间成氨生产车间,需定时放空排掉部分原料气需定时放空排掉部分原料气,以维持惰性气体含以维持惰性气体含量在一定范围之内量在一定范围之内.第18页