




版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領
文檔簡介
Twoissues:SpontaneityofreactionsatnonstandardstateChemicalequlibriumChapter3ChemicalEquilibrium一、非標態下,化學反應方向的判據——化學反應等溫式△rGm=△rGmo+RT㏑QQ:反應商△rGm<0正向自發進行△rGm=0達平衡△rGm>0逆向自發進行aA+bB=gG+hH
例1:C2H5OH(l.)→C2H5OH(g.)(298K),△rGmo=6.2(KJ/mol),當P1=1/2Po,P2=1/10Po,P3=1/20Po時,反應能否自發進行?
解:△rGm(1)=△rGmo+RT㏑()=6.2+8.314×298㏑(1/2)=6.2-1.7=4.5(KJ/mol)>0△rGm(2)=6.2+8.314×298×10-3㏑(1/10)=6.2-5.7=0.495(KJ/mol)>0△rGm(3)=6.2+8.314×298×10-3㏑(1/20)=6.2-7.4=-1.2(KJ/mol)<0蒸發可自發進行例2:求298K時,Fe生銹的逆反應發生的條件。解:2Fe(s.)+3/2O2(g.)→Fe2O3(s.)△fGmo(KJ/mol)00-741.0∴△rGmo=-741.0KJ/mol若要逆向進行,需△rGm
<0
即△rGm
=△rGmo+RT㏑Q=-741.0+8.314×298×10-3㏑(PO2/Po)–3/2>O=-741.0—3.72㏑(PO2/Po)>0㏑(PO2/Po)<-199.4PO2/Po<2.52×10-87PO2<2.55×10-82Pa
不可能發生例3:求下述反應逆反應發生的條件。
Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)
解:
Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)
t=01mol/dm30tx1-x△fGmo(KJ/mol)064.77-153.890△rGmo=△fGmo(Zn2+)-△fGmo(Cu2+)=-153.89-64.77=-218.66(KJ/mol)△rGm=△rGmo+RT㏑=-218.66+8.314×298×10-3㏑([Zn2+]/[Cu2+])>0㏑([Zn2+]/[Cu2+])>(218.66/2.48)>0([Zn2+]/[Cu2+])>2.13×1038
即若想使反應逆向進行,[Zn2+]>2.13×1038[Cu2+]
三點說明①當△rGmo數值較大時,可用△rGmo代替△rGm估計/判斷反應方向。
|△rGmo|>41.84KJ/mol②當△rGmo數值較小時,|△rGmo|<40KJ/mol,需用化學反應等溫式計算出△rGm,用△rGm的符號判斷方向。③當△rGm=0時,反應達平衡,由化學反應等溫式△rGmo=-RT㏑Q=-RT㏑Ko∵一定溫度下,一確定反應,其△rGmo是個定數∴此時Q為一常數,稱之為標準平衡常數,用Ko表示。顯然,同樣類型的反應,相同溫度時,Ko越大,表明反應正向進行的程度越大。2.Chemicalequlibrium2.1
Characteristicsofanequilibrium2.2
Equlibriumconstantsandequlibriumconstantexpressions:Ko,Kc,Kp2.3Transferrate平衡轉化率α=(C初-C平)/C初
=△C/C初
3.Shiftsinchemicalequilibium3.1Effectofchangesinconcentrations3.2Effectofchangesinpressure3.3Effectofchangesintemperature——3.4Effectofcatalyst
u
Eachcomponentconcentrationwillnotchangewithtime.Althoughdifferentinitialconcentrationsgivedifferentequilibiumconcentrations,thequantity,[HI]2eq/[H2]eq[I2]eq,isconstant.Kc=[HI]2eq/[H2]eq[I2]eqTheconstantiscalledequilibriumconstantfortheequilibriumandisreprensentedbythesymbolKc.Dynamicequilibrium.Theforwardreactionrateequalstothereversereactionrate.
Itisaconditionalequilibrium.Whentheconcentration,pressureandtemperaturechange,theequilibriumpositionwillchange.2.2EqulibriumconstantsandEqulibriumconstantexpressions:Ko,Kc,KpaA+bB=gG+hH2.2.1
Experimentalequilibriumconstants(1)ConcentrationequilibriumconstantsKc
Kc=
C:mol/L
(2)PartialpressureequilibriumconstantsKp
Kp=P:Pa(3)HeterogeneousequilibiumCaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)Kc=[CO2]Kp=PCO2CaCO3(s)+H2O(l)+CO2(g)=Ca2+(aq)+2HCO3-(aq)
2.2.2Standardequlibriumconstants(1)Insolution,Ko=(2)Ingasphase,Ko=(3)Inheterogeneousphases
CO2(g)+H2O+Ca2+=CaCO3(s)+2H+(aq)Ko=Example1:Atthetemperatureof1000K,put1.00molSO2and1.00molO2inaclosedcontainerof5.00dm3,whenequilibiumisreached,0.85molSO3isformed.(1)CalculateKo,KpandKcofthereaction2SO2+O2=2SO3atthetemperatureof1000K;(2)
UsethermodynamicdatatocalculateKoatthetemperatureof298K.Solution:(1)2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)t=0(mol)1.001.000teq1.00-0.851.00-0.85/20.85=0.15=0.575PSO2=nRT/V=0.15×8.314×1000/(5×10-3)=2.49×105(Pa)PO2=0.575×8.314×1000/(5×10-3)=9.56×105(Pa)PSO3=0.85×8.314×1000/(5×10-3)=1.41×106(Pa)∴Kp=PSO32/(PSO22PO2)=(1.41×106)/[(2.49×105)×9.56×105]=3.4×10-5(Pa)Ko==3.4×10-5×1.013×105=3.4Kc=[SO3]2/([SO2]2[O2])=(0.85/5)2/(0.15/5)2(0.575/5)=0.852×5/(0.152×0.575)=279.2(dm3/mol)(2)2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)△fGmo(KJ/mol)-300.70-370.37∴△rGmo=2△fGmoSO3(g)-2△fGmoSO2(g)=-370.37×2+300.37×2=-140(KJ/mol)∵△rGmo=-RT㏑Ko∴lgKo=△rGmo/2.303RT=140×10-3/(2.303×8.314×298)=240Ko(298K)=3.44×1024
Comments:①
Equilibriumconstantsdependonthetemperature,andhavenothingtodowithconcentrationsorpressures.②
Equilibriumconstantsexpresshowfarawaytheequilibiumproceeds.ThebiggerthevalueofKo,themorecompletethereactionproceeds.③
Forthesamereactionwrittenindifferentways,thecorrespondingequilibriumconstantsaredifferent.H2+I2=2HIKo11/2H2+1/2I2=HIKo22HI=H2+I2Ko3Ko1=Ko22=(Ko3)
-1
IfEquation(3)=Equation(1)+Equation(2),Ko3=Ko1·Ko2Equation(3)=Equation(1)-Equation(2),Ko3=Ko1/Ko2
H2S=H++HS-
Ko1=HS-
=H++S2-
Ko2=H2S=2H++S2-
Ko=Iftherearetwoormorethantwoequilibriaexistinginareactionsystem,itiscalledmultipleequilibria.Acomponenthasonlyoneconcentrationwhenitappearsindifferentequations.Example2:(1)NO(g)+1/2Br2(l)=NOBr(g)(25℃)溴化亞硝酰Ko1=3.6×1015,vaporpressureofBr2(l)is28.4KPaatthetemperatureof25℃;(2)Br2(l.)=Br2(g.)Ko2=P/Po=28.4/101.325=0.28PleasecalculatetheKoofthefollowingreaction:(3)NO(g)+1/2Br2(g)=NOBr(g)Solution:(2’)1/2Br2(l)=1/2Br2(g)K2o’=K2o1/2=0.529(1)-(2’)=(3),Ko3=Ko1/Ko2’=3.6×10-15/0.529=6.8×10-15
Accordingtothedefinition,
lgKo=△rGmo/2.303RTAccordingtheruleofmultipleequilibria,fromtheknownKo
2.3
Equilibiriumtransformrate平衡轉化率
Def:α=(nini-neq)/nini=△n/nini)×100%whenvolumeisconstant,α=(Cini-Ceq)/Cini×100%Comparedwithequilibriumconstant,αchangeswiththeinitialandequilibriumconcentrations,whileequilibriumconstantonlychangeswiththetemperatureandhasnothingtodowithconcentrations.3.Shiftsofchemicalequilibrium△rGm=△rGmo+RT㏑Q=-RT㏑Ko+RT㏑Q=RT㏑(Q/Ko)△rGm=RT㏑(Q/Ko)△rGm<0,Q<Ko,shifttotheright,forwardreaction△rGm=0,Q=Ko,atequilibrium△rGm>0,Q>Ko,shifttotheleft,reversereaction3.1EffectofChangesinConcentrationChangesinconcentrationsdonotchangethevalueoftheequilibriumconstant.Example3:ReactionCO(g)+H2O(g)=H2(g)+CO2(g)Kc=9t=0(mol/L)0.0200.02000t’=0(mol/L)0.0201.0000teq(mol/L)0.020-x0.020-xxxteq(mol/L)0.020-y1.00-yyyKc=[H2][CO2]/([CO][H2O]=x/(0.02-x)2=9x=0.015(mol/L)CO的轉化率α=0.015/0.02×100%=75%Inthesameway,Kc=y2/[(0.02-y)(1.00-y)]=9y=0.01995CO的轉化率α=0.01995/0.020×100%=99.8%Example4:Attemperatureof298K,mixequalvolumeof0.100mol/LAgNO3,0.100mol/LFe(NO3)2and0.0100mol/LFe(NO3)3together.Fe2++Ag+=Fe3++Ag(s)Ko=2.98Calculatetosolve:(1)whichdirectionwillthereactionshift?(2)whenequilibriumisreached,concentrationsofeachcomponent(3)TransformefficiencyofAg+(4)[Ag+]、[Fe3+]remainthesame,[Fe2+]=0.300mol/dm-3,TransformefficiencyofAg+Solution:=0.0100/(0.100×0.100)=1<KoTheequilibriumwillshifttotheright.Forwardreactionwilltakeplace.(2)Fe2++Ag+=Fe3++Agt=0(mol/L)0.1000.1000.100teq0.100-x0.100-x0.100+x K=(0.0100+x)/(0.100-x)=2.98x=0.0127(mol/L)∴[Fe2+]=[Ag+]=0.0837mol/L[Fe3+]=0.0227mol/L
(3)Ag+
的轉化率α=0.0127/0.100=12.7%(4)設此時Ag+的轉化率為α,則
Fe2++Ag+=Fe3++Agt=00.3000.1000.0100teq0.300-0.100α0.100(1-α)0.0100+0.0100αKo=(0.0100+0.100α)/{(0.300-0.100α)[0.100(1-α)]}=2.98α=0.381=38.1%3.2EffectofchangesinpressureChangingthepressuredoesnotchangethevalueoftheequilibriumconstant.Example5:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)Whenthetotalpressureistwotimesoftheoriginalpressure,Equilibriumwillshifttotheright.Example6:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)Whenthetotalpressureistwotimesoftheoriginalpressure,例1:合成氨N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)原料氣(Air)循環使用,當惰氣和積累過多時,影響氨的生成,此時,需放空,補充新鮮氣例2:乙烷裂解制乙烯C2H6(g)=C2H4(g)+H2(g)恒T、P時,采用加入H2O(g.)的方法提高乙烯的產率。
3.3Effectofchangesintemperature
∵△rGmo(T)
=△rHmo-T△rSmo△rGmo(T)
=-RT㏑Ko∴-RT㏑Ko=△rHmo-T△rSmo㏑Ko=[-△rHmo(298K)
/RT]+[△rSmo(298K)/R]△rHmo<0,T2>T1,Ko2<Ko1△rHmo<0,T2>T1,Ko2<Ko1Toincreasethetemperature,reactionwillshifttotheendothermicreaction.Example7:Calculate:(1)△rGmat427℃(700K)forthereactionN2(g)+3H2(g)→2NH3(g)IfPN2=33.0atm,PH2=99.0atm,andPNH3=2.0atm,(△rHmo=-92.22KJ/mol,△rSmo=-198.53J/mol·K,△rGmo=-32.96KJ/mol)predictthedirectionofspontaneouschange.(2)Ko(298K),Ko(700K),Ko(773K)(3)Discussthesuitablereactionconditions.△rGm=△rGmo+RT㏑Q=46.75+8.314×700×10-3㏑=46.75+8.314×700×10-3㏑=46.75+5.82×(-15.896)=46.75-92.51=-45.76(KJ/mol)<0Solution:(1)△rGmo(700K)=△rHmo-T·△rSmo=-92.22-700×(-198.53×10-3)=46.7I5(KJ/mol)>0Theforwardreactionisnonspontaneousunderstandardstate.Theforwardreactionisspontaneous.lgK773o?
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
- 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業或盈利用途。
- 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
- 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 衛生管理與新興科技結合考題及答案
- 育嬰行業未來發展方向試題及答案
- 精心準備2025年初級會計師試題及答案
- 藥學前沿技術探索試題及答案
- 理解系統規劃管理師的創新思維方法試題及答案
- 激光焊接工藝流程試題及答案
- 空乘專業相關試題及答案
- 單位會計制度試題及答案
- 商品學考卷試題及答案
- 激光測量技術的研究熱點試題及答案
- 電工電子技術及應用全套課件
- 2022年龍巖市第一醫院醫護人員招聘筆試模擬試題及答案解析
- DB33T 1233-2021 基坑工程地下連續墻技術規程
- 2022版義務教育語文課程標準(2022版含新增和修訂部分)
- 社區家庭病床護理記錄文本匯總
- 色譜、質譜、聯用
- 施工項目人員任命書(范本)
- 苯酐裝置國內同類裝置事故案例
- 蘇教版小學數學四年級下冊《圖形旋轉》練習題
- 智慧樹知到《開啟疑案之門的金鑰匙司法鑒定》見面課答案
- 結構化面試技巧(完整版).ppt
評論
0/150
提交評論