物理化学(冶金上册)-第五章.ppt

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1、第五章化学平衡极限产率是多少极限产率随条件的变化什么条件得到最大的极限产率。化学平衡：推导化学平衡时的温度、压力、组成以及它们与其它热力学函数间的定量关系，并进行化学平衡计算。1.化学反应的特点：（1）化学反应都是体系从不平衡状态趋向平衡状态；（2）化学反应都可以向正、反两个方向进行，可是在一开始，在一定条件下总有确定的方向。（3）大多数化学反应不能进行到底，即反应物不能全部变为产物，当反应进行到一定的限度就会达到平衡。2.化学反应平衡的特点：（1）平衡态从宏观上看是平衡了（处于静态）,从微观上看是动

2、态平衡，即正反应和逆反应的反应速率相等。（2）平衡态是有条件的，如果条件改变则原有的平衡被破坏，会在新的条件下达到新的平衡（3）平衡时反应物和产物的浓度不变，平衡浓度之间的关系由平衡常数来联系和限定，这点是化学反应平衡态的重要特点，即存在一个平衡常数。设任意封闭体系中有一化学反应当发生微小变化时（温度，压力，化学反应），体系内个物质的量也相应发生微小变化，若只作膨胀功，则：等温，等压下，则：根据反应进度的定义，可以得到：所以：表示参与反应的B物质的计量系数，其符号规：表示参与反应的B物质的化学势在5-

3、1中，如则（5-1),(5-2）两个公式的适用条件：（1）等温、等压、不作非膨胀功的一个化学反应；（2）反应过程中，各物质的化学势保持不变。公式（5-1)表示有限体系中发生微小的变化；公式(5-2)表示在大量的体系中发生了反应进度等于1mol的变化。这时各物质的浓度基本不变，化学势也保持不变。今后的讨论都包含0≤≤1的条件。反应中保持不变的条件：1、在有限量的体系中发生微小的反应，体系中个物质量的微小变化不足引起各物质浓度的变化，因而化学势不变；2、在一个很大体系中发生了一单位的化学反应时，体系中各

4、物质的浓度可视为不变，因而化学势可看作不变。3.化学反应的方向和限度：用判断都是等效的。反应自发地向左进行，不可能自发向右进行反应达到平衡反应自发地向右进行用判断，这相当于图上曲线的斜率，因为是微小变化，反应进度处于0~1mol之间。反应自发向右进行，趋向平衡反应自发向左进行，趋向平衡反应达到平衡4.化学反应的等温方程式：设在等温等压条件下发生一理想气体化学反应：反应体系的吉布斯能变化为：对理想气体，其化学势为：将反应中各组分的化学势代入(5-2)有：对上述反应有：令：则：由于(5-4)的左边只是温度

5、的函数，当温度一定时为一定值，由此决定方程右边对数中的值为一常数，令：当反应达到平衡时，反应的即：被称为反应平衡常数，也叫热力学常数，为了书写方便(5-4)和(5-5)中的“eq”常被省略。将(5-5)代入(5-4)有：将(5-5)代入(5-3)有：过程自发进行过程已达到平衡态过程不能自发进行反应自发向右进行反应达到平衡态反应自发向左进行推广到任意化学反应，只需用代替在不同情况下有不同的含义：理想气体实际气体理想溶液非理想溶液与方程式的写法有关有凝聚态物质参加的理想气体化学反应在常压下，压力对凝聚相的

6、容量的影响可忽略不计，故参加反应的纯凝聚相可认为处于标准态，即：而，依据平衡条件，有：平衡时：则即是温度的函数，它与参与反应的所有纯物质准状态下的化学势有关；而在有纯态凝聚相参与的理想气体中的平衡常数只与反应物和产物中气态物质有关。例如：平衡常数为：在一定的温度下，不论反应体系中和的量有多少，平衡时（体系中必须同时存和CaO固体)的分压总是定值。通常将的分压称为的分解压。在一般情况下，分解压是指固体物质在一定温度下分解达到平衡时产物中气体的总压力。平衡常数的测定（1）物理分析法直接测定与浓度或压力呈线

7、性关系的物理量，如折光率、电导率、颜色、光的吸收、定量的色谱图谱和磁共振谱等，求出平衡的组成。这种方法不干扰体系的平衡状态。（2）化学分析法用骤冷、抽去催化剂或冲稀等方法使反应停止，然后用化学分析的方法求出平衡的组成。一般情况下，可采用物理法或化学法测定平衡体系中各物质的浓度或压力。例：在900℃，101.325kPa下，使CO和水蒸气及等摩尔比通过催化剂进行下列反应反应达到平衡后，迅速冷却到室温，测得各气体的分压：，，同温下该反应另一平衡混合气体含有22.72mol的CO，22.72mol的H2O及

8、48.50mol的CO2，求H2的量。解：设在第二个平衡中有mol的H2，各气体的平衡分压为，为各气体的量，V是混合气体的总体积。即混合气体中含8.25mol的H2。平衡转化率的计算平衡转化率又称为理论转化率，是达到平衡后，反应物转化为产物的百分数。用压力表示的平衡常数：令：则：是标准平衡常数，无量纲是经验平衡常数，有量纲（只有才无量纲）温度对标准平衡常数的影响根据吉布斯-亥姆霍兹公式有：将其应用于化学反应的每种物质将代入，得按是否与温度有关两种情况进行