相平衡物理化学.docx

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相平衡物理化学

物理化学电子教案

第六章化学平衡

物理化学教研室

第六章化学平衡

教学方案

教学目的和

要求

1、了解从平衡条件导出化学反应等温方程式，掌握化学反应等温方程式的意义及其应用。

2、明确标准平衡常数K的意义，熟练掌握平衡常数和平衡组成的计算.

3、明确理想气体反应的标准平衡常数K和经验平衡常数Kp、Kc、Kx之间的换算。

4、理解物质生成吉氏自由能与反应过程ΔrG的意义,掌握ΔrGθm=-RTlnKθ的有关计算。

5、熟悉浓度、温度、压力与惰性气体对平衡的定量影响。

6、了解同时平衡、反应偶合。

教学重点

1、化学反应等温方程式的意义

3、标准平衡常数K的意义,平衡常数和平衡组成的计算

4、物质的标准生成吉布斯自由能∆fGmθ与反应过程∆rGm的意义

5、各种因素对化学平衡的影响

教学难点

1、理想气体反应、实际气体反应、液相反应、复相反应的平衡常数及其各种表达式、

平衡常数的测定、平衡组成及平衡转化率的计算

2、标准态下反应的吉布斯自由能的变化值、标准生成吉布斯自由能。

液相反应的∆rGm

与标准平衡常数K关系

教学方法和手段

1、传统的教学模式；

2、辅导答疑：

采用课后辅导和电子邮件形式；

3、习题课和测验。

教学内容及课时分配

§6.1化学反应的平衡条件（1学时）

1、化学反应的平衡条件和反应进度的关系；2、化学反应的亲和势

§6.2化学反应平衡常数与反应等温式（1学时）

1、气相反应的平衡常数；2、液相反应的平衡常数；

§6.3平衡常数的表达式（2.5学时）

1、各种平衡常数（Ke、Kp、Kf、、Kx…）的表达式及其关系

2、有关平衡常数的计算与应用

3、平衡常数的实验测定法

§6.4复相化学平衡（0.5学时）

§6.5标准生成吉氏自由能（2学时）

1、标准生成吉氏自由能ΔfGθm；2、ΔfGθm的求法及用途；3、ΔrGθm的概念及计算。

§6.6温度、压力及因素惰性气体对化学平衡的影响（1学时）

1、浓度对化学平衡的影响；2、温度对化学平衡的影响；

3、压力对化学平衡的影响；4、惰性气体对化学平衡的影响。

§6.7同时化学平衡（0.5学时）

§6.8反应的耦合

§6.9近似计算（0.5学时）

概述：

通过对热力学第一，二，三定律的学习，已经掌握了对一个热力学过程（包括化学反应）的方向何限度的基本判断方法，又通过对溶液一章的学习，对多组分体系的基本性质有了一定的了解，本章的中心任务就是用热力学的这些基本原理，规律和方法来集中研究不作非体积功的封闭体系中化学反应的问题，实验证明，一切化学反应都是可逆的，所以化学平衡是化学反应体系中的普遍现象，而化学平衡是在一定的条件下，可以同时向正反两个方向进行的化学反应，当正反两个方向的反应速率相等时，体系就达到了平衡状态。

或是在一定的条件下，可逆反应的正向速率于逆向速率相等，对不同的体系，达到平衡所需的时间各不相同，但其共同的特点是平衡后体系中各物质的数量均不随时间而改变，产物和反应物的数量之间具有一定的关系，只要外界条件不变，这个状态不随时间而变化，但外界条件一经变换，平衡状态就要变化，可见平衡状态从宏观上看表现为静态，而实际上乃是一动态平衡，它是化学反应的限度。

若平衡体系中各物质处于一个相，则叫均相化学平衡，若平衡体系中各物质处于几个不同的相，则叫多相化学平衡或复相平衡。

比如化学工业，冶金工业和其它工业生产一样，除了希望能获得优质产品外，还要求收率高，成本低。

但是一项化学反应究竟能得到多大的转化率，一些外界条件，例如温度、压力、浓度的改变又将怎样影响反应的转化率，如果没有理论依据，但凭实验手段加以探索，往往事倍功半。

化学反应是在宏观体系内所发生的过程，我们可以用热力学为理论工具，对某一具体化学反应进行具体分析，得出该反应达到平衡状态时的转化率，以及外界条件对平衡态的影响。

从而根据具体情况制定工艺路线，创造工艺条件，设法使反应的转化率能接近甚至达到从热力学所得出的理论转化率，以获得最佳的生产效果。

1.发展史

1861～1863Berthelot,deSaintGilles（法）提出逆反应和动态平衡的概念

1864～1879Guldberg-Waage（挪威）建立了质量作用定律，提出了平衡时正逆反应速率相等，正逆反应速率常数之比只是温度的函数vantHoff定义平衡常数K

1878Gibbs用化学势导出了平衡条件

1884LeChatelier平衡移动原理

1889vantHoff平衡常数与温度的关系方程

1970sISO（InternationalStandardOrganization）定义标准平衡常数

2.化学平衡的概念：

任何化学反应都有正反两个方向,从微观上看,这两个方向总是同时进行的.

如反应:

SO2（g）+0.5O2（g）=SO3（g）

在反应体系中,SO2分子与O2分子会化合生成SO3子,但同时,SO3子也会分解为SO2和O2分子.若体系的初始组成是原料SO2和O2,那么在反应初期,体系中主要为SO2和O2分子,它们之间的碰撞频率较高,而SO3的分子数很少,其分解的速率自然较低,故在宏观上,反应向正方进行.随着反应的进行,SO3分子的浓度逐步提高,其分解速率也随之提高;SO2和O2的浓度逐步降低,故合成SO3的速率也随之降低,当达到一定程度时,两者的速率相等,此时,从宏观上看,体系的组成不再变化,化学反应达到了平衡.

从以上分析,化学反应平衡是一种动态的平衡,微观上,体系的正,反两方向的反应并没有停止,只是两者速率相等而已.

这种平衡只是相对的,不是绝对的,一旦环境条件,如温度,压力等发生变化,反应体系的平衡就可能被打破,反应会向某一方向进行,直至达到新的平衡为止.

3.研究化学反应要解决的中心问题：

即：

化学反应在特定条件（反应系统的温度、压力和组成）下，反应的方向和限度以及各种因素对反应的影响问题;具体说有以下几个方面：

（1）在一定条件下，一个反应能否进行（方向问题）

（2）如反应能进行，则进行到什么程度为止（限度问题）

（3）改变条件能否改变反应的方向或提高产率（平衡移动问题）

（4）化学反应进行的快慢,即反应的速率.（动力学研究的内容）

化学平衡一章就是用热力学原理研究化学反应的方向和限度，也就是研究一个化学反应，在一定温度、压力等条件下，按化学反应方程能够正向（向右）进行，还是逆向（向左）进行，以及进行到什么程度为止（达到平衡时，体系的温度、压力、组成如何?

）。

以及各种因素对反应的影响问题。

由热力学的基本原理,可以确定化学反应进行的方向和限度。

只要弄清了反应体系的条件,即可由热力学公式求出反应达平衡的状态,并可求出平衡时,各组分的数量之间的关系。

对反应可能性的判断,对新反应,新工艺的研究和设计具有特别重要的意义，可以避免人们徒劳地从事某些实际上不可能发生的反应即过程。

§6.1化学反应的平衡条件——反应进度和化学反应的亲合势

一、化学平衡的条件

1.化学反应体系

化学反应体系：

封闭的单相体系，不作非膨胀功，发生了一个化学反应，设为：