上海中医药大学：《物理化学 PHYSICAL CHEMISTRY（THEORETICAL CHEMISTRY）》课程教学资源（PPT课件）第二章 化学平衡 Chemical Equilibrium

化学©平衡 Chemical Equilibrium

Chemical Equilibrium

引言 ·化学平衡是热力学第二定律在化学反应中的具体应用。 ·用热力学原理，研究化学反应系统的平衡规律，解决反应的方 向和限度问题，找出平衡组成与温度，压力之间的关系. ·化学平衡的热力学原理，为实际生产中寻找最佳的反应工艺 条件以提高产率提供理论依据. ·存在于NO,和NO混合气中的 化学平衡. 2NO2(棕色)=N204(无色) (左图，室温) N204+2N0=2N203(S,蓝色) (右图，液氮中，<-100.1℃) 第一章热力学第一定律与热化学 2

第一章 热力学第一定律与热化学 2 • 化学平衡是热力学第二定律在化学反应中的具体应用。 • 用热力学原理, 研究化学反应系统的平衡规律, 解决反应的方 向和限度问题, 找出平衡组成与温度, 压力之间的关系. • 化学平衡的热力学原理, 为实际生产中寻找最佳的反应工艺 条件以提高产率提供理论依据. 引 言 • 存在于NO2 和NO 混合气中的 化学平衡. 2NO2(棕色) =N2O4(无色) (左图, 室温) N2O4 + 2NO = 2N2O3(s, 蓝色) (右图, 液氮中, < 100.1 ℃)

引 言 1.内容：运用化学势讨论化学平衡的实质 2.主要解决： 由热力学数据计算化学平衡常数； 以确定反应的方向、平衡条件和平衡时各物 质间的数量关系； 研究温度、压力等因素对化学平衡的影响。 3.说明：热力学处理平衡问题不涉及变化的 速率

引 言 1.内容：运用化学势讨论化学平衡的实质 2.主要解决： 由热力学数据计算化学平衡常数； 以确定反应的方向、平衡条件和平衡时各物 质间的数量关系； 研究温度、压力等因素对化学平衡的影响。 3.说明：热力学处理平衡问题不涉及变化的 速率

§3.1化学反应的平衡条件 一.化学反应平衡的实质 An equilibrium is established when the rate of the forward and backward reactions are equal for example: H2(g)+I2(g）→2HI(g) 1.化学平衡表现为静态，而实际上是一种动态平衡， 它是化学反应进行的限度 2.当外界条件一变，平衡也随之发生改变，直至新 的平衡。 化学平衡的实质：从动力学看，是正、逆反应的速 度相等；从热力学看，是产物的化学势总和等于反 应物化学势的总和

§3.1 化学反应的平衡条件 一.化学反应平衡的实质 An equilibrium is established when the rate of the forward and backward reactions are equal. for example： H2 (g)+I2(g)  2HI(g) 1.化学平衡表现为静态，而实际上是一种动态平衡， 它是化学反应进行的限度。 2.当外界条件一变，平衡也随之发生改变，直至新 的平衡。 化学平衡的实质：从动力学看，是正、逆反应的速 度相等；从热力学看，是产物的化学势总和等于反 应物化学势的总和

二.化学反应平衡条件 1.反应进度 任一化学反应 aA dD = gG hH 它的化学计量方程式的通式为：0=∑B = Ang na-ano dn二 dnH UB a d g h ξ在0到1这间变化时，A、D、G、H四种物质都存在， 且其量都在变化，每取一定值时，则A、D、G、 H也都有确定的量。 第一章热力学第一定律与热化学 U 5

第一章 热力学第一定律与热化学 5 二.化学反应平衡条件 1.反应进度 任一化学反应 aA + dD === gG + hH 它的化学计量方程式的通式为： ξ在0到1这间变化时，A、D、G、H四种物质都存在， 且其量都在变化，每取ξ一定值时，则A、D、G、 H也都有确定的量。 B B B ,0 B Β υ n n υ Δn ξ      B 0 υ BB h dn g dn d dn a dn dξ A D G H      

2.反应的方向 设任意一封闭体系中有一化学反应 aA+dD+..→ gG+hH +... 在定温定压下，若上述反应向右进行了无限小量的 反应，此时体系的吉布斯函数变 dG(I,p)=∑Psd血a dng =vgde形，代入上式得 dG(r,p)=∑ha"sag=(∑s“s)a5 B 第一章热力学第一定律与热化学 U

第一章 热力学第一定律与热化学 6 2.反应的方向 设任意一封闭体系中有一化学反应 aA + dD + … → gG+hH + …­ 在定温定压下，若上述反应向右进行了无限小量的 反应，此时体系的吉布斯函数变 ，代入上式得 B B dG(T, p) μ Βdn dn υ dξ B  B dG(T, p) μ υ dξ ( υ μ )dξ Β B Β B   B Β              Β Β Β T, p r m υ μ ξ G Δ G

3.根据吉布斯函数的判据： 用(C。,∑4或(4G 判断都是等效的。 (△Gn)r,p0 反应自发地向左进行，不可能自发 向右进行 (A:Gin)T.p=0 反应达到平衡 第一章热力学第一定律与热化学 7

第一章 热力学第一定律与热化学 7 用 , B r m , 判断都是等效的。 B ( ) , ( ) T p B T p G   G      或 r m , ( ) 0  G T p  反应自发地向右进行 r m , ( ) 0  G T p  反应自发地向左进行，不可能自发 向右进行 r m , ( ) 0  G T p  反应达到平衡 3.根据吉布斯函数的判据：

用(G,判断，这相当于G~5图上曲线的斜率， 因为是微小变化，反应进度处于0~1mo1之间。 反应自发向右进 T,P一定 行，趋向平衡 自发 0.0 (c/i,0 行，趋向平衡 。=0 反应达到平衡 图3-1 定温定压下G~专曲线 第一章热力学第一定律与热化学 8

第一章 热力学第一定律与热化学 8 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0~1 mol之间。 T p G , ( )   G ~  ( ) 0 ,    T p G  反应自发向右进 行，趋向平衡 ( ) 0 ,    T p G  反应自发向左进 行，趋向平衡 ( ) 0 ,    T p G  反应达到平衡

§3.2化学反应等温方程和平衡常数 一.化学反应等温方程式 aA +bB gG +hH 等温条件下，化学反应达平衡时 ∑V,4产物)=∑V,4反应物) 若A、B、G、H皆为理想气体，有： u:=u+RTIn Pi p 第一章热力学第一定律与热化学 9

第一章 热力学第一定律与热化学 9 化学反应等温方程和平衡常数 0 i 0 p ln p i i i i i i A B G H a A b B g G h H R T              （ 产 物 ）  （ 反 应 物 ） 若 、 、 、 皆 为 理 想 气 体 ， 有 ： 一.化学反应等温方程式 等温条件下，化学反应达平衡时

+RT+RT Dp) g+RT+Tn) △，Gm=g4店+hug-aug-bug+R7In b h =△，G#+RTln △，G 在T一定时为常数，化学平衡时△G=0,所以有 △，G+RTln( 0 A.G--RTIn( 0 b )ea 10

第一章 热力学第一定律与热化学 10 0 A 0 B 0 0 0 G 0 H 0 0 p p ( ln ) ( ln ) p p p p ( ln ) ( ln ) p p A B G H a RT b RT g RT h RT            0 0 0 0 0 ln ln g h G H r m G H A B a b A B g h G H r m a b A B a a G g h a b RT a a a a G RT a a                  0 rGm 在T一定时为常数，化学平衡时rGm =0, 所以有： 0 0 ln( ) 0 ln( ) g h G H r m a b eq A B g h G H r m a b eq A B a a G RT a a a a G RT a a          