物理化学化学平衡教学提纲.ppt

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1、物理化学化学平衡ΔrGm称为摩尔反应吉布斯函数，它表示在定温、定压及W′＝0的条件下，在该给定的状态下发生1mol进度的反应时引起的系统吉布斯函数变化。根据吉布斯函数判据，在此条件下化学反应向着吉布斯函数减少的方向进行，当达到极小值时，反应系统达到平衡。ΔrGm=ΣBGB≤0自发平衡(5-3)Gξ由图可以看出：反应开始a点aec反应平衡e点平衡点后c点4.2化学反应的等温方程先以理想气体为例，其化学势为μB=μBy(T）+RTln(pB/py)代入式(5-1)，得ΔrGm=ΣB{μBy(T）+RTln(pB/py)}=ΣBμBy(T）+ΣBRTln

2、(pB/py)(5-4)令ΔrGmy=ΣBμBy(T）Jp=Π(pB/py)B得ΔrGm=ΔrGmy(T)+RTlnJp（5-5）式（5-5）ΔrGm=ΔrGmy（T）+RTlnJp中ΔrGmy（T）称为化学反应的标准摩尔反应吉布斯函数，Jp是给定状态下的压力商。若参加化学反应的各物质都处于温度为T的标准态，Jp=1，ΔrGm=ΔrGmy（T），因μBy只是温度函数，所以ΔrGmy也只是温度的函数。式（5-5）称为理想气体化学反应的等温方程。可以计算给定状态下的摩尔反应吉布斯函数，并判断化学反应的方向和限度。ΔrGm的单位为J·mol－1。由等温方程可

3、以判断化学反应的方向。对于非理想气体的化学反应，只须用逸度代替压力即可。混合气体中B的化学势为μB=μB(T）+RTln(fB/p)得ΔrGm=ΔrGmθ（T）+RTlnJf（5-6）式中Jf=Π(fB/pθ)B4.3标准平衡常数和平衡组成的计算4.3.1标准平衡常数标准平衡常数的定义：K(T)＝exp[－ΔrGm(T)/RT]（6-1a）或ΔrGm(T)＝－RTlnK(T)（6-1b)将式（6-1b)代入式（5-5）中得ΔrGm=－RTlnK(T)+RTlnJp（6-2)由式（6-2)可判断化学反应的方向和平衡：KJp，ΔrGm0，反应

4、自发向右进行；KJp，ΔrGm0，反应自发向左进行；K=Jp，ΔrGm=0，反应达到平衡。当反应达到平衡时ΔrGm=－RTlnK(T)+RTln(Jp)平衡=0K(T)=(Jp)平衡=Π(pB/py)B平衡（6-3)因ΔrGm(T)仅是温度的函数，K也只与温度有关。由于吉布斯函数是广度性质的量，ΔrGm的值与计量方程式的写法有关，K的值也与计量方程式的写法有关。例如：SO2＋1/2O2＝SO3ΔrGm，1（T）＝－RTlnK1(T)2SO2＋O2＝2SO3ΔrGm，2（T）＝－RTlnK2(T)因为2ΔrGm，1（T）＝Δr

5、Gm，2（T）所以K1(T)与K2(T)关系:[K1(T)]2＝K2(T)了例1已知反应C(石墨)+2H2(g)==CH4(g)在1000K的rSm=－93.85J·K1·mol1,fHm(CH4,g)=－74.848kJ·mol1。若参加与石墨反应的气体由y(CH4)=0.10,y(H2)=0.80，y(N2)=0.10组成的,试问在1000K及100kPa压力下计算说明甲烷能否生成；在与(1)相同的条件下，为使向生成甲烷方向进行，问需加多大的压力；在1000K及100kPa下，在不改变H2(g)与CH4(g)的比例下，若将最

6、初所采用混合物中N2(g)的含量增加至(N2)=0.55，试问此反应的方向是否改变?（p=100kPa）(1)在1000K时，rHm=fHm(CH4,g)rGm=rHm－TrSm={－74.848–1000(–93.85)10-3}kJ·mol1=19.00kJ·mol1rGm=－RTlnK，K=0.1017参加反应的各物质的分压为p(CH4)=0.1p，p(H2)=0.8p再据rGm=rGm+RTlnJp=(19.00–15.43)kJ·mol1=3.57kJ·mol1反应不能向右进行；或因Jp>K

7、，反应不能向右进行。(2)p(CH4)=0.1p(总)p(H2)=0.8p(总)由rGm=rGm+RTlnJp0故－rGmRTln[0.1563p/p(总)]或Jp=0.1563p/p(总)≥K=0.1017得p(总)161kPa，即反应要向右进行，p(总)应大于161kPa；(3)N2(g)加入使yCH4(g)，但H2(g)：CH4(g)=8：1不变,即余下45%的空气中H2占40%，而CH4只占5%。据rGm=rGm+RTlnJp得rG=9132J·mol1，说明增加N2(g)是生成CH4不利的。4.3.2标准平衡常

8、数的实验测定实验测定平衡赏数就是测定平衡时各物质的浓度或分压，根据