物理化学冶金上册第五章公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第五章 化学平衡,极限产率是多少,极限产率随条件改变,什么条件得到最大极限产率。,化学平衡,：推导化学平衡时温度、压力、构成以及它们与其它热力学函数间定量关系，并进行化学平衡计算。,第1页,第1页,1.,化学反应特点：,（1）化学反应都是体系从不平衡状态趋向平衡状态,；,（2）化学反应都能够向正、反两个方向进行，可是在一开始，在一定条件下总有拟定方向。,（3）大多数化学反应不能进行到底，即反应物不能所有变为产物，当反应进行到一定程度就会达到平衡。,第2页,第2页,2.,化学反应平衡特点：,（1）平衡态从宏观上看是平衡了（处于静态）,从微观上看是动态平衡，即正反应和逆反应反应速率相等。,（2）平衡态是有条件，假如条件改变则原有平衡被破坏，会在新条件下达到新平衡,（3）平衡时反应物和产物浓度不变，平衡浓度之间关系由平衡常数来联系和限定，这点是化学反应平衡态主要特点，即存在一个平衡常数。,第3页,第3页,设任意封闭体系中有一化学反应,当发生微小改变时（温度，压力，化学反应），体系内个物质量也相应发生微小改变，若只作膨胀功，则：,等温，等压下，则：,第4页,第4页,依据反应进度定义，能够得到：,因此,：表示参与反应,B,物质计量系数，其符号规,：表示参与反应,B,物质化学势,第5页,第5页,在,5-1,中，如 则,（5-1),(5-2）,两个公式合用条件,：,（1）等温、等压、不作非膨胀功一个化学反应；,（2）反应过程中，各物质化学势 保持不变。,公式（,5-1),表示有限体系中发生微小改变；,公式(,5-2),表示在大量体系中发生了反应进度等于,1,mol,改变。这时各物质浓度基本不变，化学势也保持不变。此后讨论都包括0,1,条件。,第6页,第6页,反应中保持 不变条件：,1、在有限量体系中发生微小反应，体系中个物质量微小改变不足引起各物质浓度改变，因而化学势不变；,2、在一个很大体系中发生了一单位化学反应时，体系中各物质浓度可视为不变，因而化学势可看作不变。,第7页,第7页,3.化学反应方向和程度,：,用 判断都是等效。,反应自发地向,左,进行，不也许自发,向右进行,反应达到,平衡,反应自发地向,右,进行,第8页,第8页,用 判断，这相称于 图上曲线斜率，由于是微小改变，反应进度处于,01,mol,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,第9页,第9页,第10页,第10页,4.化学反应等温方程式,：,设在等温等压条件下发生一抱负气体化学反应：,反应体系,吉布斯能改变为：,对抱负气体，其化学势为,：,将反应中各组分化学势代入,(5-2)有：,第11页,第11页,对上述反应有：,令：,第12页,第12页,则：,由于,(5-4),左边只是温度函数，当温度一定期为一定值，由此决定方程右边对数中值为一常数，令：,当反应达到平衡时，反应 即：,第13页,第13页,被称为反应平衡常数，也叫热力学常数，为了书写以便,(5-4)和(5-5)中“,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,第14页,第14页,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 有不同含义：,抱负气体,实际气体,抱负溶液,非抱负溶液,第15页,第15页,与方程式写法相关,第16页,第16页,有凝聚态物质参与抱负气体化学反应,在常压下，压力对凝聚相容量影响可忽略不计，故参与反应纯凝聚相可认为处于原则态，即：,而，,依据平衡条件，有：,第17页,第17页,平衡时：,则,即,第18页,第18页,是温度函数，它与参与反应所有纯物质准状态下化学势相关；而在有纯态凝聚相参与抱负气体中平衡常数只与反应物和产物中气态物质相关。,比如：,平衡常数为：,在一定温度下，无论反应体系中 和 量有多少，平衡时（体系中必须同时存 和,CaO,固体,),分压总是定值。通常将 分压称为 分解压。,在普通情况下，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,总,压力,。,第19页,第19页,第20页,第20页,平衡常数测定,（,1,）物理分析法,直接测定与浓度或压力呈线性关系物理量，如折光率、电导率、颜色、光吸取、定量色谱图谱和磁共振谱等，求出平衡构成。这种办法不干扰体系平衡状态。,（,2,）化学分析法,用骤冷、抽去催化剂或冲稀等办法使反应停止，然后用化学分析办法求出平衡构成。,普通情况下，可采用物理法或化学法测定平衡体系中各物质浓度或压力。,第21页,第21页,例：,在,900,，,101.325,kPa,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，快速冷却到室温，测得各气体分压：，,同温下该反应另一平衡混合气体含有22.72,molCO，22.72molH,2,O,及48.50,molCO,2,，,求,H,2,量。,解：,第22页,第22页,设在第二个平衡中有,molH,2,，,各气体平衡分压为 ，为各气体量，,V,是混合气体总体积。,即混合气体中含,8.25,molH,2,。,第23页,第23页,平衡转化率计算,平衡转化率又称为,理论转化率,，是达到平衡后，反应物转化为产物百分数。,第24页,第24页,用压力表示,平衡常数 ：,令：,则：,是原则平衡常数，无量纲,是经验平衡常数，有量纲（只有 才无量纲）,第25页,第25页,温度对原则平衡常数影响,依据吉布斯-亥姆霍兹公式有：,将其应用于化学反应 每种物质,第26页,第26页,将 代入，得,第27页,第27页,按 是否与温度相关两种情况进行积分，研究平衡常数与温度关系,1,.,与温度无关,若 与温度无关或温度改变范围较小，可视为常数，对(5.3.1)进行积分，有：,由上式看出，在 已知条件下，已知一个温度平衡常数，就能够求另一温度下平衡常数。,第28页,第28页,2,.,与温度相关,若 与温度相关或温度改变范围较大，就必须考虑温度对反应热影响，这时应先拟定 与,T,关系，在进行积分。依据尔霍夫公式有：,代入（5.3.1）：,第29页,第29页,积分得：,式中 是积分常数。将 代入，可求 与温度关系式。,第30页,第30页,其它原因对化学平衡影响,温度改变,温度一定,第31页,第31页,压力对化学平衡影响,压力对化学平衡常数影响是指总压对平衡影响。,1.气体反应,抱负气体或高温低压其它，仅是温度函数，对反应 有：,增长压力对体积变大反应不利,增长压力对体积变小反应有利,对平衡无影响,第32页,第32页,例：,在,328,及101.325,kPa，,有50.2%解离，当压力增至1013.25,kPa,时 有多少解离？,解：,解离反应为，,开始 1 0,平衡,第33页,第33页,当 ，则,当 ，此时 解离度为,该反应 ，增大，对正反应不利，解离度减小。,第34页,第34页,惰性气体对化学平衡影响,惰性气体不参与反应，不影响平衡常数，但却唱影响平衡构成。当总压一定期，惰性气体存在实际起了稀释作用，它和减少反应体系总压效果相同。,第35页,第35页,对于 反应，假如总压不变，增长惰性气体，增大，减小，温度不变，为一常数，则 项增大，平衡向右移动。,第36页,第36页,例：,常压下乙苯脱氢制备苯乙烯，已知,873,K,时，若原料中，乙苯和水蒸气百分比为1：9，求乙苯最大转化率。若不通水蒸气，则,乙苯转化率为若干？,解：,若通入,1,mol,乙苯和,9,mol,水蒸气，并设,乙苯转化为,反应前 1 0 0 9,平衡后 1-,x x x 9,平衡后物质总量,第37页,第37页,乙苯最大转化率为72.8%，假如不通入水蒸气，平衡后,乙苯最大转化率为38.9%，可见，水蒸气加入使苯转化率从38.9%增长到72.8%。,第38页,第38页,反应物摩尔比对平衡转化率影响,对于气相反应：,若原料中只有反应物而无产物，令反应物摩尔比,增大；,A,转化率增长；,B,转化率减少,产物,Y,Z,在混合气体中含量最大。,第39页,第39页,第40页,第40页,真实气体反应化学平衡,对于抱负气体：,第41页,第41页,达到平衡：,第42页,第42页,对于真实气体：,第43页,第43页,达到平衡：,第44页,第44页,对于抱负气体：,对于低压真实气体：,对于真实气体：,第45页,第45页,对于真实气体：,第46页,第46页,常压下液态混合物化学平衡,对于液态混合物化学反应,任意一组分化学势为,在恒温恒压下，,第47页,第47页,达到平衡：,第48页,第48页,因 ，故常压下,若为抱负液态混合物，,第49页,第49页,常压下液态溶液中化学平衡,若液态溶液中化学反应可表示为：,：溶剂,：溶质,表明溶剂为反应物,表明溶剂为生成物,表明溶剂不参与反应，化学反应只在溶,质中进行,第50页,第50页,溶剂,A,化学势,溶质,B,化学势,代入 ，得溶液中化学反应等温方程为：,第51页,第51页,达到平衡：,第52页,第52页,