大学物理化学经典课件3-6-化学平衡

上一内容下一内容回主目录返回物理化学BI—第三章上一内容下一内容回主目录返回3.7同时平衡一种或几种反应物同时参加两个或两个以上化学反应，在给定条件下都达平衡时，称同时平衡。上一内容下一内容回主目录返回例1（i）CH3OH（g）＝HCHO（g）＋H2（g）通过热力学计算可得：上一内容下一内容回主目录返回(ii)H2＋1/2O2＝H2O（g）上一内容下一内容回主目录返回将上述两个反应加和起来，可以看得更清楚：(iii)CH3OH(g)＋1/2O2（g）＝HCHO(g)＋H2O(g)反应(i)与(ii)在同一反应系统中进行时，达到优势互补，相辅相成的目的。即反应(ii)促使反应(i)向右进行，有利于甲醛的生成；而反应(i)的存在，因其是吸热反应，从而可抑制反应(ii)的强放热程度，缓和了反应系统的过热引起的银催化剂的烧结。上一内容下一内容回主目录返回例2：钛的冶炼•密度小，比强度高：钛的密度为4.51g/cm3,高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度位于金属之首。•具有优异的抗腐蚀性。•熔点高，无毒。•应用广泛：军事，航空航天，医学生物材料，并逐步向民用领域开拓。美国F-14A战斗机使用的钛合金，约占机重25%；F-15A战斗机为25.8%（7000kg），波音747飞机为28%（3600kg），超音速飞机上钛合金几乎占总机体重量的95%。在火箭、人造卫星和宇宙飞船上，也用了大量的钛。Ti-6Al-4广泛用于受损硬组织的替代材料，如人工髋关节和牙齿。高尔夫球杆头、自行车、眼镜架、手表等等。•钛被誉为“未来金属”和“第三金属”。上一内容下一内容回主目录返回F22战斗机Ti-6Al-4V占总重的36%上一内容下一内容回主目录返回现行钛生产工艺：Kroll法TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO2TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti•800℃~900℃的密闭钢制容器中TiCl4与Mg在反应数天•反应产物MgCl2电解再生Mg和Cl2，循环利用上一内容下一内容回主目录返回原理22421,298TiO(s)+2Cl(g)=TiCl(l)+O(g)152.2rmKGkJmol221,298C(s)+O(g)=CO(g)394.39rmKGkJmol22421,298TiO(s)+2Cl(g)+C(s)=TiCl(l)+CO(g)242.19rmKGkJmol上一内容下一内容回主目录返回同时平衡特点（1）同时平衡的各个反应间相互影响，仅按一个反应式确定平衡数量是不行的，要按各个反应同时设计平衡成分。（2）不管相互之间如何影响，若某一物质在各个反应式中同时出现，那么该物质组成必须满足各个反应，即同一物质的数量在同时平衡体系中只可能为同一数值。上一内容下一内容回主目录返回处理同时反应平衡与处理单一反应平衡的热力学原理是一样的，但要注意以下几点：(i)每一个独立反应都有它各自的反应进度；(ii)反应系统中有几个独立的反应，就有几个独立的反应的标准平衡常数Kθ(T)；(iii)反应系统中任意一个组分(反应物或生成物)，不论它同时参与几个反应，它的组成都是同一数值，即各个组分在一定温度及压力下反应系统达成平衡时都有确定的组成，且满足每个独立的标准平衡常数表示式。上一内容下一内容回主目录返回独立反应(i)CH4＋H2O（g)=CO＋3H2(ii)CO＋H2O（g)=CO2＋H2(iii)CH4＋2H2O(g)=CO2＋4H2(iv)CH4＋CO2=２CO＋２H2这四个反应中只有两个反应是独立的，因为其余的两个反应均可由两个独立的反应通过线性组合而得，如反应(i)加反应(ii)即得反应(iii)，而独立反应数：反应系统中所含物质的种数减去所涉及元素的种数。上一内容下一内容回主目录返回同时平衡例题：600K时，与发生反应生成，继而又生成，同时存在两个平衡：3CHCl(g)2HO(g)3CHOH32(CH)O已知在该温度下，。今以等量的和开始，求的平衡转化率。,1,20.00154,10.6ppKK$$3CHCl2HO3CHCl(1)CH3Cl(g)+H2O(g)=CH3OH(g)+HCl(g)(2)2CH3OH(g)=(CH3)2O(g)+H2O(g)上一内容下一内容回主目录返回同时平衡解：设开始时和的摩尔分数为1.0，到达平衡时，生成HCl的摩尔分数为x，生成为y，则在平衡时各物的量为：3CHCl2HO32(CH)O323(1)CHCl(g)HO(g)CHOH(g)HCl(g)112xyxxyx3322(2)2CHOH(g)(CH)O(g)HO(g)-21-xyxyy上一内容下一内容回主目录返回同时平衡因为两个反应的都等于零，所以pxKK$BB,1,22(2)0.00154(1)(1)(1)10.6(2)ppxyxKxxyyxyKxy$$将两个方程联立，解得。的转化率为0.048或4.8。0.048,0.009xy3CHCl上一内容下一内容回主目录返回3.8平衡常数应用举例例1：上一内容下一内容回主目录返回平衡常数应用举例上一内容下一内容回主目录返回平衡常数应用举例上一内容下一内容回主目录返回平衡常数应用举例上一内容下一内容回主目录返回平衡常数应用举例例2：上一内容下一内容回主目录返回平衡常数应用举例上一内容下一内容回主目录返回平衡常数应用举例上一内容下一内容回主目录返回１．ΔrGmθ的计算方法相关方程法（方程加和法）标准摩尔生成Gibbs自由能法定义式法电化学法化学平衡法利用ΔrGmθ=f(T)计算本章小结上一内容下一内容回主目录返回２．Gibbs-Helmholtz方程对标态下的化学反应，则有：2THTTGpdTTHTGd2dTTHTGdmrmr2定压下：上一内容下一内容回主目录返回３．标准平衡常数如：KRTTGmrln)(21223ppppppKOSOSO它与参与反应的各物质的本性、温度及标准态的选择有关。对指定的反应，它只是温度的函数，为量纲一的量，无单位。上一内容下一内容回主目录返回４．外界条件对平衡的影响温度浓度（分压）p总惰性气体