文档介绍：第四章化学平衡
一、教学方案
1) 明确化学平衡的热力学条件及如何由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
教学目的和 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以
要求及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
3) 浓度、温度、压力与惰性气体对平衡的定量影响
1) 化学反应等温方程式的意义
2) 标准平衡常数 K 的意义, 平衡常数和平衡组成的计算
教学重点
3) 物质的标准生成吉布斯自由能∆fGm(i)与反应过程∆GrGm的意义
4) 各种因素对化学平衡的影响
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
教学难点
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 G 与标准平衡常数 K 关系
1) 授课全部用多媒体电子教案,告别了传统的粉笔加黑板的单一教学模
教学方法和手式;
段 2) 辅导答疑采用电子邮件及在线论坛等模式;
3) 测验、考试的试卷由试题库自动组卷及试题分析。
1) §4-1 反应的等温方程和平衡常数(2 学时)
教学内容及
2) §4-2 标准平衡自由能和平衡常数的计算(2 学时)
课时分配
3) §4-3 一些因素对平衡常数的影响(2 学时)
二、教案内容
化学反应可以同时向正反两个方向进行,在一定条件下,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。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,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。
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。
§ 反应的等温方程和平衡常数
一、化学反应的平衡条件
1. 反应的摩尔吉布斯能变
任一封闭体系,在体系内发生了微小的变化(包括温度、压力和化学反应的变化),体
系内各物质的量相应地有微小的变化(设无非体积功),则
dG= -SdT+VdP+ (4-1-1)
∑µ B dnB
B
如果变化是在等 T, P 进行的,则
dG= (4-1-2)
∑µ B dnB
B
设反应为:
cC+dD+…..→gG+hH+……(4-1-3)
根据反应进度ξ的定义
dnB
dξ= ,dnB =ν B dξ
ν B
代入,得: dG = (4-1-4)
(4-1-2) ∑ν B µ B dξ
对于ξ为微小变化或为 1mol 时体系的吉布斯能的改变为:
⎛∂G ⎞
∆ G = ⎜⎟= νµ
r m ⎜⎟∑ B B
⎝∂ξ⎠T ,P
(4-1-5)
其中µB是参与反映的各物质的化学势。∆rGm: 等T,P反应的自由能随反应进度ξ的变化或当d
ξ=1mol时,引起反应自由能的变化。
对式(4-1-5) 有两种理解方式:1)在一个无限量的体系内,体系的ξ发生一个 mol 变化引起
G 的变化;2)在一个微小体系内,体系发生一个微小变化 dξ,引起体系发生一个 dG 的变化。
-1
对∆r Gm 的理解:1)量纲:
2) 强度性质,与体系的物质的量无关
3)对同一化学反应来讲,其具体值与计量方程式写法有关
4)随着反应的进行,由于浓度发生变化,则µB发生变化,引起∆r Gm
变化,所以∆r Gm 不是一个定值。
2. 平衡条件
当∆rGm< 0, 反应物化学势高,则表示反应自发向右进行
当∆rGm> 0, 产物化学势高,则表示反应不能自发进行
当∆rGm = 0, 产物和反应物化学势相等,体系达到平衡或可逆过程
3. 为什么会存在化学平衡?
在等温等压下,当反应