PDF《第五章 化学平衡》

第五章 化学平衡

第五章 化学平衡 Chapter

5 Chemical Equilibrium 化工生产及与应用有关的化学研究中,人们最关心 的问题莫过于化学反应的方向及反应平衡时的转化率 的问题莫过于化学反应的方向及反应平衡时的转化率.

因为它关系到在一定条件下,反应能否按所希望的方向 进行、最终能得到多少产物,反应的经济效益如何. 吉布斯在1874年提出了化学势的概念,并用它来 处理多组分多相系统的物质平衡??化学平衡和相平 处理多组分多相系统的物质平衡??化学平衡和相平 衡问题,进而从理论上根本解决了这一难题,并因此 打破了物理与化学两大学科的界限,为物理化学这一 理论化学学科的建立奠定了基础 理论化学学科的建立奠定了基础. 热力学在化学反应中的应用: 方向 自发不自发 限度 可逆不可逆(平衡不平衡) dD cC bB aA ? ? ? 研究化学反应平衡态,就是研究变化的方向和限度 向着平衡 达到平衡 §5.1 化学反应的方向及平 § 化学反应的方向及平 衡条件 衡条件 化学反应通常发生在多相多组分系统中,因此在使用 热力学判据来判断反应过程的方向和限度时,需要使 用偏摩尔量来进行有关计算 而吉布斯函数的偏摩尔 用偏摩尔量来进行有关计算,而吉布斯函数的偏摩尔 量即是化学势.

1 摩尔反应吉布斯函数

1、摩尔反应吉布斯函数 任一化学反应 aA bB yY zZ ? ? ?

0 B ? ? ? 任 化学反应 aA bB yY zZ ? ? ?

0 B B ? ? ? ? ? ? ? ? B Bdn Vdp SdT dG ? B ;

n B d d d ? ? ? ? ? ? ? B B p ? B ;

B ? ? ? d? ? ? ? ? B B dG 恒T、p且W'

= 0时, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B B? ? ? G ? ? ? ? ? ? p T ? , ? ? ? ??G ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B B p T m rG ? ? ? , G 摩尔反应吉布斯函数 公式适用条件: 等温、等压、 W'

= 0的化学反应;

? G 物理意义 (1)? G 表示一定温度、压力和组成的条件下, ?rGm物理意义: (1)?rGm表示 定温度、压力和组成的条件下, 反应进行了d? 的微量进度折合成每摩尔进度时所引 (2) ? G 表示一定的温度与压力下 反应系统为 起系统吉布斯函数的变化;

(2) ?rGm 表示 定的温度与压力下,反应系统为 无限大量时进行了1 mol 进度化学反应时所引起系 统吉布斯函数的改变.

2、化学反应的平衡条件 r m

0 G ? ?

0 G ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 即 反应向右正向自发进行

0 G ? ? , T p ? ? ? ?

0 G ? ? ? ? ? ? 即 反应向左逆向自发进行 r m

0 G ? ? ,

0 T p ? ? ? ? ? ? ? 即 反应向左逆向自发进行 ? ?

0 T p G ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 即 反应达到平衡 r m

0 G ? ? , T p ? ? ? 恒T、p且W′= 0时,化学反应的平衡条件为: ? ? ,

0 T p G ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ,

0 T p G ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? G , ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? p T m rG ? , T p , T p ? ? G

0 , ? ? ? B B p ? ?

0 G ? ? ? ? ? G 用 判断,这相 G ? ? ? ? ? ? ? ? ? ,

0 T p ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 用 判断,这相 当于 图上曲线 , T p ? ? ? ? ? ~ G 系统的Gibbs自由能和ξ的关系

0 1 ? e ? 的斜率 系统的Gibbs自由能和ξ的关系 令r,m()=TpGAG????????A: 化学反应亲和势简称亲和势 化学反应亲和势即是在恒温恒压及非体积功为零时, 化学反应进行的推动力 反应正向进行

0 A>

化学反应进行的推动力. 反应正向进行

0 A 反应逆向进行

0 A<

反应达平衡 A=

0 §5.2 理想气体反应的等温方程 及标准平衡常数 及标准平衡常数 理想气体反应的等温方程 理想气体反应的等温方程 一