四章化学平衡熵和Gibbs函数.ppt
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1、第四章 化学平衡 熵和Gibbs函数,标准平衡常数 标准平衡常数的应用 化学平衡的移动 自发变化和熵 Gibbs函数,标准平衡常数,化学平衡的基本特征 标准平衡常数表达式 平衡常数与反应速率系数的关系 标准平衡常数的实验测定,化学平衡的基本特征,可逆反应与不可逆反应 大多数化学反应都是可逆的。例如:,在密闭容器中,可逆反应不能进行到底。 有些反应几乎能进行到底。例如: 2KClO3 (s) 2KCl (s) +3O2(g),MnO2,化 学 平 衡,在一定条件下,可逆反应处于正逆反应速率相等的状态下。,特征: (1)从客观上,系统的组成不再随时间而变。 (2)化学平衡是动态平衡。 (3)平衡组
2、成与达到平衡的途径无关。,标准平衡常数表达式,对于气相反应,对于溶液中的反应 Sn2+(aq)+2Fe3+(aq) Sn4+ (aq)+2Fe2+(aq),对于一般的化学反应,(1) K是无量纲的量。 (2) K是温度的函数,与浓度、分压无关。 (3)标准平衡常数表达式必需与化学反应计量式相对应。,多 重 平 衡 原 理 例题 已知25时反应 (1)2BrCl(g) Cl2(g)+Br2(g)的 =0.45 (2)I2(g)+Br2(g) 2IBr(g)的 =0.051 计算反应 (3)2ClBr(g)+ I2(g) 2IBr(g)+ Cl2(g)的 。,解:反应(1)+ (2)得: 2ClB
3、r(g)+ I2(g) 2IBr(g)+ Cl2(g),平衡常数与反应速率系数的关系,Vant Hoff 方程式,标准平衡常数的实验测定,例题 恒温恒容下,GeO(g)与W2O6 (g) 反应生成GeWO4 (g) : 2GeO (g) +W2O6 (g) 2 GeWO4 (g) 若反应开始时,GeO和W2O6 的分压均为100.0kPa,平衡时 GeWO4 (g) 的分压为98.0kPa。求平衡时GeO和W2O6的分压以及反应的标准平衡常数。,解: 2GeO (g) + W2O6 (g) 2 GeWO4 (g) 开始pB/kPa 100.0 100.0 0 变化pB/kPa -98.0 98
4、.0 平衡pB/kPa 100.0-98.0 100.0- 98.0 p(GeO)=100.0 kPa - 98.0 kPa =2.0kPa p(W2O6)=100.0 kPa - kPa=51.0 kPa,平衡转化率,标准平衡常数的应用,判断反应的程度 预测反应的方向 计算平衡的组成,判断反应的程度,K 愈大,反应进行得愈完全; K 愈小,反应进行得愈不完全; K 不太大也不太小(如 10-3 K 103), 反应物部分地转化为生成物。,预测反应方向,反应商 对于一般的化学反应: aA (g)+ bB(aq)+cC(s) xX(g)+yY(aq)+zZ(l) 任意状态下:,def,反应商判据
5、,J K 反应逆向进行。,计算平衡组成,例4-5 反应 CO(g)+Cl2 (g) COCl 2(g) 在恒温恒容条件下进行。 已知373K时K =1.5 108。反应开始时c0(CO)=0.0350molL-1, c0(Cl2)=0.0270molL-1, c0(COCl2)=0。计算373K反应达到平衡时各物种的分压和CO的平衡转化率。,解: CO(g) + Cl2 (g) COCl 2(g) 开始cB/(molL-1) 0.0350 0.0270 0 开始pB/kPa 108.5 83.7 0 变化pB/kPa -(83.7-x) -(83.7-x) (83.7-x) 平衡pB/kPa
6、24.8+x x (83.7-x),因为K 很大,x很小, 假设 83.7-x 83.7, 24.8+x 24.8,平衡时: p(CO)=24.8kPa p(Cl2)=2.3 10-6 kPa p(COCl2)=83.7kPa,化学平衡的移动,浓度对化学平衡的影响 压力对化学平衡的影响 温度对化学平衡的影响 Le Chatelier 原理,浓度对化学平衡的影响,对于溶液中的化学反应,平衡时, J = K 当c(反应物)增大或c(生成物)减小时, J K 平衡向逆向移动。,化学平衡的移动 当外界条件改变时,化学反应从一种平衡状态转变到另一种平衡状态的过程。,例4-6 25C时,反应 Fe2+(a
7、q)+ Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s) 的K = 3.2。 (1)当c(Ag+)=1.00 10-2molL-1, c(Fe2+)=0.100 molL-1, c(Fe3+)= 1.00 10-3molL-1时反应向哪一方向进行? (2)平衡时, Ag+ ,Fe2+,Fe3+的浓度各为多少? (3) Ag+ 的转化率为多少? (4)如果保持Ag+ ,Fe3+的初始浓度不变,使c(Fe2+)增大至0.300 molL-1,求Ag+ 的转化率.,解:(1)计算反应商,判断反应方向,JK , 反应正向进行.,(2)计算平衡组成 Fe2+(aq)+ Ag+(aq) Fe3+(aq) +
8、Ag(s) 开始cB/(molL-1) 0.100 1.0010-2 1.0010-3 变化cB/(molL-1) -x -x x 平衡cB/(molL-1) 0.100-x 1.0010-2-x 1.0010-3+x,c(Ag+)=8.4 10-3molL-1 c(Fe2+)=9.84 10-2 molL-1 c(Fe3+)= 2.6 10-3molL-1,3.2x21.352x2.210-3=0 x=1.610-3,(3)求 Ag+ 的转化率,(4) 设达到新的平衡时Ag+ 的转化率为2 Fe2+(aq) + Ag+(aq) Fe3+(aq) +Ag(s) 平衡 0.300- 1.0010
9、-2 1.0010-3+ cB/(molL-1) 1.0010-22 (1- 2) 1.0010-2 2,压力对化学平衡的影响,1. 部分物种分压的变化 如果保持温度、体积不变,增大反应物的分压或减小生成物的分压,使J减小,导致J K,平衡向逆向移动。,2.体积改变引起压力的变化 对于有气体参与的化学反应 aA (g) + bB(g) yY(g) + zZ(g),对于气体分子数增加的反应, B 0,x B 1,JK,平衡向逆向移动,即向气体分子数减小的方向移动。 对于气体分子数减小的反应 ,B 0, x B 1, J K,平衡向正向移动,即向气体分子数减小的方向移动。 对于反应前后气体分子数不
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- 化学平衡 Gibbs 函数
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