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解:对 CaCO3(s)的分解反应 CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g), KP=
PCO2P,
即反应的平衡常数是平衡时CO2(g)的分压与标准压力之比。298K时,
?rG m??fGm,CaO??fGm,CO2??fGm,CaC3O =-604.2 -394.4+1128.8 =130.2(kJ.mol?1)
P,298RT[exp{F(X)}是e的F(X)次方]
K?exp(??rGm,298?)?exp(130200)?1.5?10?23
8.314?298分解压=1.5 ×10-23×101325= 1.52×10-18Pa 设CO2的分压应不低于101325Pa时 ,石灰窑
温至少维持在TK,
+-?H?H?rHm??fHm,CaOfm,CO2fm,CaCO3=-635.6-393.5+1206.9=177.8
(kJ.mol?1)
,
由等压方程式:
KP?rHm,2ln? ??H为常数时,RKP,1m?11????TT??,即
2??11177800??1?1ln?8.314?1.5?10?23?298T 因 KP?KxP 当
BB?? T=1113K ?? (2)压力对化学平衡的影响(对理想气体反应体系)
??BB
P
X
???0时,P值增加时,由于K不变,则K增大,平衡右移。 当???0时,P值增加时,由于 K不变,则K减小,平衡左移. 当???0时,P值增加时, K=K,Kx值不变,平衡不移动.
BP
X
BBXp
B例如:在328℃及P下,反应N2O4→2NO2, N2O4有50.2%解离,在328℃及10P下,加压,平衡左移,N2O4解离度减小为α=0.18 。 (3)惰性气体对平衡的影响:(指气相反应) 惰性气体:指反应体系中不参加反应的物质. 对理想气体反应体系
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Kp?KxP?VBB??P?Kn???nB?B??B?B? ?????B?B?减小,Kp不变,Kn增大, 平衡右移. ?????BP一定时,添加惰性气体
对
??BB?0的反应
?B??PnB增大, ???nB?B??PnB增大, ???nB?B 对
??BB?0的反应
?B 对
??BB?0的反应
?B??PnB增大, ???nB?B??????B?增大,Kp不变,Kn减小, 平衡左移. ?????BB不变,Kp不变,Kn不变, 平衡不移动.
即添加惰性气体,有利于
??BB?0的反应,不利于??B?0的反应。
B总之,添加惰性气体,有利于气体分子数增加的反应,不利于气体分子数减小的反应。实际上,总压一定时,惰性气体的存在起了稀释作用,其效果与减压相同。(当反应气体的分压不变,添加惰性气体,使体系的压力升高时,对平衡没有影响。)例如合成氨反应中,原料气是循环使用的,当惰性气体Ar和甲烷积累过多时,影响氨的产量,所以每隔一定时间,就要对原料气做一定的处理(例如放空或设法回收有用的惰性气体)。 一般对气体分子数增加的反应,添加水蒸气可以提高反应物的转化率。 (4)催化剂对反应速率、化学平衡的影响
对于一个确定的可逆反应来说,由于反应前后催化剂的化学组成、质量不变,因此,无论是否使用催化剂,反应的始、终态都是一样的,则反应的标准吉布斯函数变化是相等的,催化剂对化学平衡无影响。
一个化学反应采用同一种催化剂,可以同等程度改变正、逆反应速率。
勒 ·夏特里(Le Chatelier) 原理: ? 改变平衡体系的外界条件时,平衡向着削弱这一改变的方向移动。(也称为化学平衡移
动原理)。 ? 浓度:增加反应物浓度,平衡向生成物方向移动; ? 压力:增加压力,平衡向气体计量系数减小方向移动; ? 温度:升高温度,平衡向吸热方向移动。
11.平衡常数的热力学计算
由?rGm??RTlnKa,Ka即可用?rGm计算。
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关键:?rGm的求算
(1)由已知反应的?rGm,求未知反应的?rGm
例5:298K已知(1)CO?g??H2O?g??CO2?g??H2?g?
?rGm??28.52KJ?mol?1
1O2?g??CO2?g?,?rGm??257.11KJ?mol?1 21求(3)H2?g??O2?g??H2O?g?的?rGm?3?和KP?3?
2(2)CO?g??解:因为 反应(3)=(2)-(1) 由盖斯定律得:
所以 ?rGm.11?28.52 (3)??rGm(2)-?rGm(1)??257
??228.59KJ?mol?1
Kp(3)??228.59?103?40?exp???1.174?10 ??8.314?298??Kp(/Kp(1)) 2)??rHm?T?rSm计算
(注:Kp(3) (2)由?rGm ?rHm?298K时的?f??BB?fHm,B ;?rSm???BSm,B
BSHm,m,B可直接查表 ,B例6: 试求298K时,反应H2?g??1O2?g??H2O?g?的KP。已知在298时,H2O2?1
(g)的标准生成焓?fHm??241、O2(g)和H2O(g)的标准熵值Sm.8KJ?mol;H2O(g)
分别为130.6、205.0和188.7Jmol-1·K-1。
解 ?rHm298??fHm,H2O?g???fHm,H2?g??1?fHm,O2?g? 2?1 ??241.8?0?0??241.8KJ?mol ?rSm?Sm,H2O?Sm,H2(g)?1 2Sm,O2(g) ?188.7?130.6?1?205.0??44.4J?K?1?mol?1 23??241.8?10 ?rGm??rHm?T?rSm?298???44.4?
6?9mol ??2285J KP?exp???1??228569?40??1.164?10
?8.314?298? 第18页
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例7: 判断298K,标准状态下如下反应的可能性 KCl(s)?3O2g?KClO3(s) 2 欲使反应得以进行,最少需氧气的分压为多少?
已知KCl(s)和KClO3(s)的?fGm分别为:—408.33、—289.91KJ·mol-1 解 ?rGm??fGm,KClO3(s)??fGm,KCl(s) =-289.91+408.33=118.42KJ·mol-1>0
所以,该反应在298K,标准压力下不能正向自发进行。欲使反应正向进行,则
?rGm??rGm?RTlnQp?0, Qp?132?PO2? ??P????故 ?rGmPO23?RTlnO?0 2P2?rGm2?118.42?103 lnO???31.86
3RT3?8.314?298PPO2PO2?6.96?1018Pa. 这样的高压目前是不可能的。
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12.?rHm和?rSm对化学反应的影响:
在标准状态下,若
?rHm<0,?rSm >0,则?rGm<0,反应正向自发进行.
?rHm>0,?rSm <0,则?rGm>0,反应逆向自发进行.
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