大学化学课件第一章-3

ϑ Δ r Gm (T ) = − RT ln K ϑ (T )
注意事项?
Q < Kθ,反应在12.0MPa、673K下能自发进行。

中国石油大学 《大学化学Ⅰ》 课件 [例1-17]试问常温下金属锌的制件在大气中能否被空 气氧化？要使金属锌在常温下不被空气中的氧氧 化，要求氧的最低压力是多少？ 解： Zn(s) + 1/2O2 (g) = ZnO (s)
5
−5
−5
⎛ p ( H 2O ) ⎞ θ K2 = ⎜ ⎟ pθ ⎝ ⎠
eq
⎛ p( H 2O ) ⎞ ⎛ 1.935 ⎞ ⎜ ⎟ >⎜ θ p 100 ⎟ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝
5
第二周作业情况 第 ③次作业： P169 ~170 3，4，12
p169：3
⎡ n = 2mol ⎤ ⎡ n = 2mol ⎤ ⎢ ⎥ 等温可逆膨胀 ⎢ ⎥ T = 300 K ⎥ ⎯⎯⎯⎯⎯ ⎢T = 300 K ⎥ → ⎢ ⎢V = 0.5dm 3 ⎥ ⎢V = 5dm 3 ⎥ ⎣ 1 ⎦ ⎣ 2 ⎦
ΔfGmθ(kJ·mol-1)： 0 0 −320.5
影响化学反应方向的因素： 当ΔrGmθ << 0时，即 Kθ >> 1： 认为化学反应能进行到底。 ΔrGmθ< - 40kJ·mol-1 Kθ > 107
当ΔrGmθ >> 0时，即 Kθ << 1： 认为化学反应不能发生。 ΔrGmθ> 40kJ·mol-1 Kθ < 10-7
中国石油大学 《大学化学Ⅰ》 课件 思考： Na2HPO4·7H2O在空气中吸水(潮解)和失水(风化) 的反应为
(1) Na2HPO4·7H2O(s) + 5H2O(g)== Na2HPO4·12H2O(s) (2) Na2HPO4·7H2O(s) == Na2HPO4·2H2O(s ) + 5H2O(g)
{ p eq (G ) / pθ }g ⋅ { p eq ( H ) / pθ }h Kθ= eq { p ( A) / pθ }a ⋅ { p eq ( B ) / pθ }b
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3、正确使用标准平衡常数 Kθ的表达式 (1) Kθ表达式可直接根据化学计量方程式写出。
Δr Gm T
( )
＝ Δr Gm T
( ϑ
)
) / θ }g { ( ) / θ }h l n pG p ⋅ p H p { ( ) / θ }a { ( ) / θ }b + RT p A p ⋅ p B p
{
(
p(B)：化学反应中气态物质B的分压； p(B)/pθ：B的相对压力； 方次：化学反应方程式中各物质前面的系数。
中国石油大学 《大学化学Ⅰ》 课件
1.4.3 化学平衡的计算
⎪ 平衡计算 ⎨ ⎪ ⎪ 平衡转化率＝ 平衡时某反应物已转化的量 ×100％ ⎩
该反应物的初始量
⎧ ϑ ⎪ Δ r Gm ( T ) = − RT ln K ϑ K ϑ的计算 ⎨ ⎧ ⎪ K ϑ = { peq (G ) / pθ }g ⋅ { peq ( H ) / pθ }h ⎩ ⎪ { p eq ( A) / pθ }a ⋅ { p eq ( B ) / pθ }b
理想气体等温可逆： ΔU = 0
W = − ∫ pdV = − ∫
v2 v1 v2 v1 nRT V
Q = −W
V1 dV = nRT ln V2
⎡ ⎤ ⎡ n = 10mol ⎤ P169:4、 n = 10mol ⎢ ⎥ 自由膨胀 ⎢ ⎥ → ⎢T = 298 K ⎥ ⎯⎯⎯⎯ ⎢T = 298 K ⎥ ⎯ ⎢ P = 1 × 106 Pa ⎥ ←⎯⎯⎯ ⎢ P = 1 × 105 Pa ⎥ 可逆压缩 ⎣ 1 ⎦ ⎣ 2 ⎦
(4) 纯固体、纯液体和稀溶液的溶剂： 不写进 Kθ表达式中。
2NaHCO3(s)==Na2CO3 (s) +H2O (g) + CO2 (g)
peq (CO2 ) peq ( H 2O ) }{ } Kθ = { θ θ p p
− 2 MnO4 (aq ) + 5 H 2O2 (aq ) + 6 H + (aq ) = 2 Mn 2+ (aq ) + 5O2 ( g ) + 8 H 2O ( l )
Δ r Gm (T ) = − RT ln K (T )
ϑ ϑ
3、用等温式判断化学反应方向和限度
Q Δ r Gm ( T ) = RT ln( ϑ ) K 等温等压下不做非体积功的化学反应：
Q < Kθ ， ΔrGm(T) < 0 正向反应自发进行； Q > Kθ ， ΔrGm(T) > 0 逆向反应自发进行； Q = Kθ ， ΔrGm(T) = 0 系统处于平衡状态。
θ g
}
讨论：反应商Q与标准平衡常数 Kθ表达式 形式相同；书写规则相 同。 区别： Kθ -- 平衡时的相对分压、浓度。 Q -- 任意状态下的相对分压、浓度。 ( ) ( ) l n ϑ Δ r Gm T = Δ r Gm T + RT Q
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2、标准平衡常数的理论计算
中国石油大学 《大学化学Ⅰ》 课件 [例1-16]某合成氨塔入口气体组成为：体积分数 φ(H2)=72.0%，φ(N2)=24.0%，φ(NH3)=3.00%， φ(Ar)=1.00%。反应在12.0MPa，673K下进行。 判断反应在上述条件下能否自发进行。 解： N2(g) + 3H2 (g) == 2NH3 (g) pi/kPa： 2.88 × 103 8.64 × 103 0.36 × 103
{ peq (CO ) / pθ }2 ϑ K 2 = eq { p (CO2 ) / pθ }
{ p eq (CO2 ) / pθ } ϑ K 3 = eq { p (CO ) / pθ } ⋅ { p eq (O2 ) / pθ }1/ 2
ϑ ϑ ϑ K1 / K 2 = ( K 3 ) 2
反应(1) - 反应(2) = 反应(3) × 2
ϑ K2 ϑ = K4 ϑ ϑ K 3 ⋅ ( K 1 )2
K1θ =1.28×10-3 K2θ =1.12×10-12 K3θ =4.35×10-2
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1.4.2 化学反应等温式 1、化学反应等温式
等温等压下，对任一气相反应：
aA(g) + bB(g) → gG (g ) + hH (g)
N2(g) + 3H2(g) == 2NH3(g)
{ ( eq ) / }2
位置不能颠倒； peq(B)/pθ； p NH 3 pθ 1 ) / θ } { eq ( ) / θ }3 K θ = { eq ( p N2 p p H2 p 方次等于计量系数。 (2) 平衡常数表达式 Kθ与方程式相匹配。 1/2N2(g) + 3/2H2(g) ==NH3(g)
① 标准平衡常数意义： Kθ值越大，表示正反应进行得越完全 。 反应的本性、系统的温度。 ② 影响 K θ的因素：
中国石油大学 《大学化学Ⅰ》 课件 第⑦次作业：P260 1，7，9。 预习： P252~259。
1.4.1 标准平衡常数 1、可逆反应和化学平衡 2、标准平衡常数 Kθ
气相反应： aA(g) + bB(g) == gG(g) + hH(g)
{ p eq ( NH 3 ) / pθ } θ K 2 = eq { p ( N 2 ) / pθ }1/ 2 ⋅}{ p eq ( H 2 ) / pθ }3 / 2
1 K θ = K θ2
(
)2
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(3) 溶液中反应： 相对平衡浓度：ceq(B)/cθ
aA(aq) + bB(aq) == gG(aq) + hH(aq) {c eq (G ) / cθ }g ⋅ {c eq ( H ) / cθ }h K ϑ = eq {c ( A) / cθ }a ⋅ {c eq ( B ) / cθ }b
结论：在多重平衡中若干化学反应方程式相加(或相 减)，所得反应的Kθ为这些反应的Kθ之积(或商)。
中国石油大学 《大学化学Ⅰ》 课件 [例1-15]已知在1200K时下列三个反应的平衡常数： ① H2O(g) == H2 (g)+1/2 O2(g) ② SO2 (g) == S (g)+ O2(g) ③ H2S (g) == S (g)+ H2(g) 求相同温度下，下列反应： 3H2 (g)+ SO2 (g) == 2H2O(g)+ H2S (g)的Kθ 解：方程(2) -方程(3) -方程(1) × 2 =方程(4)
ΔU = 0 ΔH = 0
p170：12 盖斯定律
A + B →C + D ； ΔrHmθ=−40kJ·mol−1 C + D → E； ΔrHmθ=60kJ·mol−1 2C + 2D → 2A + 2B ； ΔrHmθ=? kJ·mol−1 A + B → E ； ΔrHmθ=? kJ·mol−1
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{ ( ) / pG { ( ) / p A { eq ( ) p G { eq ( ) p A { ( ) / θ }h p ⋅ p H p } { ( ) / θ } b = Q －反应商 θ a p p ⋅ p B / θ } g { eq ( ) / θ }h p ⋅ p H p / θ } a { eq ( ) / θ } b = Kθ p ⋅ p B p
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4、多重平衡规则