第六章化学平衡.doc

第六章 化学平衡 教学目的与要求: 使学生了解和掌握根据热力学的平衡条件，反应的等温方程式，并根据物质的热力学函数值计算反应的平衡常数，再进一步了解浓度、温度、压力与惰性气体对平衡的定量影响。以及应用热力学平衡条件来分析反应条件的重要性与实际意义。 重点与难点: 从热力学平衡条件导出化学反应等温方程式以及该，方程的意义，平衡常数与平衡组成的计算，理想气体反应的Kp、Kx、Kc间的关系，物质生成自由能与反应过程△G的意义，△rGm?=-RTlnK? 的有关计算，从吉布斯—赫姆霍兹方程推导反应等压方程式的思路及有关该方程的计算。热力学理论可以确定系统变化的方向和限度，将其用于化学反应系统即可确定反应进行的方向和达到平衡时的状态。 化学反应方向和限度的研究具有重要的理论和实际价值。在化学研究中，需预先知道一个反应发生的可能性，以避免徒劳的人力和财力消耗。在生产实践中，反应达到平衡的状态和影响因素对确定最佳化的操作条件是极为重要的。 §6．1 化学反应的平衡条件—反应进度和反应的亲合势 化学反应的平衡条件 1．反应过程中系统的吉布斯自由能的计算 设：在T，p不变的条件下，有理想气体的反应D + E = 2F，由于反应过程中各物质的量不断在变化，所以系统的吉布期自由能也不断在变化。 在反应的某一时刻，系统的吉布斯自由能可以由偏摩尔量的集合公式进行计算。 如在反应的某一时刻，反应体系的温度为T，压力为p，则 将此式代入上式 = + 上式第一项为各种气体单独存在并且具有系统的压力时吉布期自由能之和，第二项为各气体混合时引起的系统的吉布斯自由能的降低（第二项小于零）。 2．各不同反应时刻系统的吉布斯自由能 （1）设：反应开始时，系统中有1mol的D和 1mol的E，并处于分离的状态，并且压力均为p，温度为T。 （2）两种气体混合，温度为T，总压为p，此时系统的吉布斯自由能 （3）在反应的某一时刻，有ξmol的D和ξmol 的E反应生成了2mol的F，此时各物质的摩尔分数： 此时系统的布斯自由能 = = + 在上式中，≤1,∴第三项小于零， （4）当反应完成时，系统中只有2mol的F， 如设：，则反应前后的系统的吉布斯自由能的变化情况可以用下图表示。 从以上的分析可知，在反应的过程中（T，p不变），系统的吉布斯自由能受两种因素共同影响：一是反应引起各物质的量发生了变化，二是各物质的混合引起了系统吉布斯自由能的降低，所以系统的吉布斯自由能沿抛物线变化，达到O点时，系统的吉布斯自由能达到最低点，此即为化学平衡状态。 （3）反应进行状态的判断 由上边和讨论可知： 如 a 的求算 对于一个一般的反应 d D + e E + …… = f F + g G + …… 或 由反应进度的定义： 在T, p恒定的条件下，系统的吉布斯自由能的微分 由吉——杜公式 定义化学反应的亲合势： 可见： 当反应物的化学势之和大于产物的化学势之和时 当反应物的化学势之和小于产物的化学势之和时 当反应物的化学势之和等于产物的化学势之和时 的含义： 在一个有限的系统中…… 在一个无限大的系统中…… §6．2 化学反应的平衡常数和等温方程式 气相反应的平衡常数---化学反应的等温方程式 对一个任意的化学反应 d D + e E + …… = f F + g G + …… 在反应的某一时刻 对气体来说 代入上式 上式称为化学反应的等温方程式，式中是反应的标准吉布斯自由能变化。当时，反应达到平衡，此时的逸度商（平衡常数） 则有 通过对的比较，也可以判断反应的方向和限度 液相反应的平衡常数 对于溶液中和反应，仍能用 进行讨论，不过是溶液中B组分的化学势，根据具体情况，有两种表示方式。 如生成物和反应物均为液体，各组分可同等看待，不分溶剂和学溶质 则