周益明：化學(xué)平衡.ppt

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1、第十三講高中化學(xué)競賽夏令營講座2021/7/30一．化學(xué)反應(yīng)計量方程式和反應(yīng)進(jìn)度二．化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動力學(xué)特征三．理想氣體反應(yīng)的等溫方程式和反應(yīng)的平衡常數(shù)四．影響化學(xué)平衡的因素五．幾種典型化學(xué)平衡的計算實例主要內(nèi)容2021/7/30（1）化學(xué)熱力學(xué)：解決變化的可能性的判斷問題研究化學(xué)變化的方向、能達(dá)到的最大限度以及外界條件對平衡的影響。（2）化學(xué)動力學(xué)：解決將可能性變?yōu)楝F(xiàn)實性的問題研究化學(xué)反應(yīng)的速率和反應(yīng)的機(jī)理以及溫度、壓力、催化劑、溶劑和光照等外界因素對反應(yīng)速率的影響。一．化學(xué)反應(yīng)計量方程式和反應(yīng)進(jìn)度1．物理化學(xué)的兩個主要研究領(lǐng)域解決的問題2021/7/30用以描述體系狀態(tài)的物理量稱為狀

2、態(tài)函數(shù)。某一狀態(tài)函數(shù)改變等于該狀態(tài)函數(shù)的終態(tài)值減去該狀態(tài)函數(shù)的始態(tài)值。2．狀態(tài)函數(shù)和狀態(tài)函數(shù)的改變異途同歸，值變相等；周而復(fù)始，數(shù)值還原。狀態(tài)函數(shù)的特性可描述為：2021/7/30G：吉布斯自由能G=H-TSH：焓H=U+pVU：內(nèi)能?U=Q+W幾個常用熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)：S：熵A：亥姆霍茲自由能A=U-TS2021/7/30化學(xué)反應(yīng)計量方程式是用以表示一個反應(yīng)系統(tǒng)的變化關(guān)系的定量方程式。一個反應(yīng)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)計量方程式有無數(shù)個。任何一個寫出的化學(xué)反應(yīng)計量方程式都稱為1mol反應(yīng)。3．化學(xué)反應(yīng)計量方程式2021/7/30此即1mol反應(yīng)。式中nB為任一組分B的化學(xué)計量數(shù)，對反應(yīng)物取負(fù)值，對生成物

3、取正值。4．化學(xué)反應(yīng)計量方程式的通式表示：2021/7/305．反應(yīng)進(jìn)度20世紀(jì)初比利時的Dekonder引進(jìn)反應(yīng)進(jìn)度x反應(yīng)進(jìn)度的定義：和分別代表任一組分B在起始和t時刻的物質(zhì)的量。2021/7/30的量綱：mol(反應(yīng))2021/7/30引入反應(yīng)進(jìn)度的優(yōu)點：在反應(yīng)進(jìn)行到任意時刻，可以用任一反應(yīng)物或生成物來表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，所得的值都是相同的，即：注意:反應(yīng)進(jìn)度必須與化學(xué)反應(yīng)計量方程相對應(yīng)。例如:當(dāng)?都等于1mol時，兩個方程所發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量顯然不同。2021/7/30二．化學(xué)平衡的熱力學(xué)和動力學(xué)特征反應(yīng)自發(fā)地向右進(jìn)行反應(yīng)自發(fā)地向左進(jìn)行，不可能自發(fā)向右進(jìn)行反應(yīng)達(dá)到平衡，此時正逆方向上反

4、應(yīng)的速率相等。2021/7/30化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向：<0（等溫、等壓、不做非體積功條件下）。＝0；正逆方向上反應(yīng)的速率相等?；瘜W(xué)平衡：2021/7/30三．理想氣體反應(yīng)等溫方程式和反應(yīng)的平衡常數(shù)1．等溫下的理想氣體反應(yīng)此即理想氣體化學(xué)反應(yīng)等溫方程式。2021/7/30為壓力商，它為無量綱的純數(shù)。稱為化學(xué)反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)摩爾Gibbs自由能變化值，只是溫度的函數(shù)。2021/7/30式中：2021/7/30為反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力平衡常數(shù)，又稱標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，僅與溫度有關(guān)，且為無量綱的純數(shù)2021/7/30>,則<0,反應(yīng)可正向自發(fā)進(jìn)行;=,則=0,反應(yīng)處于平衡狀態(tài);若：<,則>0,反應(yīng)可逆向自發(fā)進(jìn)行.2021/

5、7/30在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物時吉布斯自由能的變化值，稱為該化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能2021/7/302021/7/302．各種平衡常數(shù)及其相互之間的關(guān)系對理想氣體反應(yīng),，有壓力平衡常數(shù)和它僅與溫度有關(guān)，且為無量綱的純數(shù)。2021/7/30可見，當(dāng)時，是一個有量綱的物理量，且僅與溫度有關(guān)。2021/7/30(2)物質(zhì)的量濃度平衡常數(shù)和可見，僅與溫度有關(guān)，且為無量綱的純數(shù)。2021/7/30是一個有量綱的物理量，且僅與溫度有關(guān)。可見，當(dāng)時，2021/7/30(3)物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)平衡常數(shù)可見，是一個無量綱的物理量，且與溫度、壓力有關(guān)。2021/7/30(

6、4)物質(zhì)的量平衡常數(shù)是一個有量綱的物理量，且僅與溫度、壓力和總物質(zhì)的量有關(guān)?？梢?，當(dāng)時，2021/7/30四．影響化學(xué)平衡的因素1．溫度的影響：定積分式：不定積分式：2021/7/302．壓力的影響：3．惰性氣體的影響（p為反應(yīng)體系的總壓，n總為反應(yīng)體系的總的物質(zhì)的量）（p為反應(yīng)體系的總壓）2021/7/30五．幾種典型化學(xué)平衡的計算實例1．理想氣體反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率等?！纠}1】在298K下，下面反應(yīng)的依次為：C8H18(g)+25/2O2(g)→8CO2(g)+9H2O(l)=－5512.4kJ·mol-1C(石墨)+O2(g)→CO2(g)=－393.5kJ·mol-1H2(g)+1/2

7、O2(g)→H2O(l)=－285.8kJ·mol-1正辛烷、氫氣和石墨的標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵分別為：463.7、130.6、5.694J·K-1·mol-1。2021/7/30設(shè)正辛烷和氫氣為理想氣體，問：（1）298K下，由單質(zhì)生成1摩爾正辛烷的反應(yīng)的平衡常數(shù)是多少？給出計算過程。（2）增加壓力對提高正辛烷的產(chǎn)率是否有利？為什么？（3）升高溫度對提高產(chǎn)率是否有利？為什么？（4）若在298K及101.325Pa下進(jìn)行