《物理化学西安理工大学理学院学习教案.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理化学西安理工大学理学院学习教案.pptx（54页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、会计学1物理化学物理化学(w l hu xu)西安理工大学理学西安理工大学理学院院第一页，共54页。3.的推导的推导(tudo)达平衡(pnghng)时:第2页/共54页第二页，共54页。达平衡(pnghng)时:第3页/共54页第三页，共54页。:用相对分压表示的平衡常数用相对分压表示的平衡常数 只与温度有关，无量纲只与温度有关，无量纲通常简写为：二、平衡常数的其它二、平衡常数的其它(qt)表示法表示法第4页/共54页第四页，共54页。用分压表示用分压表示(biosh)的平衡常数的平衡常数第5页/共54页第五页，共54页。用相对摩尔浓度表示的平衡常数用相对摩尔浓度表示的平衡常数只与温度有关只
2、与温度有关(yugun)，无量纲，无量纲第6页/共54页第六页，共54页。第7页/共54页第七页，共54页。不仅与温度有关还与总压有关不仅与温度有关还与总压有关，不同于不同于注意：注意：用摩尔分数用摩尔分数(fnsh)表示的平衡常数表示的平衡常数第8页/共54页第八页，共54页。第9页/共54页第九页，共54页。例例:第10页/共54页第十页，共54页。结论结论(jiln)：反应计量系数改变：反应计量系数改变 n倍，倍，改变改变 n 倍倍,变为变为 原原 的的 n 次方。次方。结论结论(jiln)：反应倒向，：反应倒向，变号，变号，变为原式的倒数。变为原式的倒数。第11页/共54页第十一页，共
3、54页。3-2 复相化学平衡复相化学平衡(huxupnghng)体系体系:纯凝聚相与气体间的反应纯凝聚相与气体间的反应(fnyng)体系体系(不形成溶液，不形成溶液，固溶体固溶体)一、一、复相反应复相反应(fnyng)的平衡常数的平衡常数T,P 下纯凝聚相化学势下纯凝聚相化学势达平衡时达平衡时:第12页/共54页第十二页，共54页。中包含中包含(bohn)了石墨的了石墨的中只有气体中只有气体(qt)组分的平衡分压组分的平衡分压二、二、分解分解(fnji)压压1.分解压分解压 一定温度下某化合物纯凝聚相分解只生成一种气体此气体的平衡分压叫作分解压一定温度下某化合物纯凝聚相分解只生成一种气体此气体
4、的平衡分压叫作分解压.第13页/共54页第十三页，共54页。2.分解分解(fnji)温度温度3.分解分解(fnji)压的应用压的应用分解压等于分解压等于(dngy)外压时的温度外压时的温度(与压力有关与压力有关)(1).比较化合物的相对稳定性比较化合物的相对稳定性P 越小，越小，T分解分解越小；越小；P 越大，越大，T分解分解越大。越大。表表3-1 某些氧化物在某些氧化物在1000K下的分解压（下的分解压（kPa）第14页/共54页第十四页，共54页。(2).选择选择(xunz)脱氧剂脱氧剂(图图3-1)从从FeO中脱氧，生成氧化物的分解压要小于中脱氧，生成氧化物的分解压要小于FeO的分解压，
5、的分解压，FeO线下方线下方(xi fn)的金属都能做脱氧剂。的金属都能做脱氧剂。同一物质：同一物质：温度越高，分解压越大温度越高，分解压越大不同不同(b tn)物质同一温度：物质同一温度：分解压越大，越不稳定分解压越大，越不稳定第15页/共54页第十五页，共54页。3-3 化学反应化学反应(huxu fnyng)等温方程等温方程一、范德霍夫等温方程式推导一、范德霍夫等温方程式推导(tudo)二、范德霍夫等温方程式的应用二、范德霍夫等温方程式的应用(yngyng)正向自发正向自发平衡平衡逆向自发逆向自发且第16页/共54页第十六页，共54页。铁在铁在 CO2-CO 气氛气氛(qfn)中热处理中
6、热处理,可发生铁的氧化可发生铁的氧化已知已知:Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g)Kp(1000K)=1.82计算：为了保证铁无氧化加热，计算：为了保证铁无氧化加热，CO2的最高含量的最高含量(hnling)是多少？是多少？例例:解解:CO2最高含量不超过最高含量不超过 35.4%才可实现无氧化才可实现无氧化(ynghu)加热。加热。本题实质是问使反应不自发进行的条件本题实质是问使反应不自发进行的条件.第17页/共54页第十七页，共54页。3-4 平衡常数的计算平衡常数的计算(j sun)一、标准一、标准(biozhn)生成吉布斯能法生成吉布斯能法二、标准二、标准(biozhn)
7、熵法熵法例：例：第18页/共54页第十八页，共54页。近似近似(jn s)解法：解法：三、吉布斯能组合法三、吉布斯能组合法 在相同温度下的反应的 可以组合(zh)，依据盖斯定律，由已知反应组合(zh)出所求反应，同时 做同步计算 将含水蒸气将含水蒸气97%（体积）和氢气（体积）和氢气3%的气体的气体(qt)混合物加热到混合物加热到1000K，该气体，该气体(qt)混合物能否与镍反应生成氧化物？混合物能否与镍反应生成氧化物？例：例：第19页/共54页第十九页，共54页。已知：解：三个反应(fnyng)的关系：（1）=（2）（3）第20页/共54页第二十页，共54页。反应非自发进行(jnxng)，
8、即不能将镍氧化方程式 n 倍数(bish)：第21页/共54页第二十一页，共54页。3-5 温度温度(wnd)与平衡常数的关系与平衡常数的关系-等压方程等压方程一、等压方程一、等压方程(fngchng)的推导的推导1.推导推导(tudo)Gibbs-Helmhots 方程式方程式第22页/共54页第二十二页，共54页。2.定性定性(dng xng)讨论讨论VantHoff等压方程式第23页/共54页第二十三页，共54页。二、等压方程式的积分二、等压方程式的积分(jfn)与应用与应用1.与与 T 无关无关(wgun)（近似解）（近似解）（1）定积分）定积分(jfn)（2）不定积分）不定积分第24
9、页/共54页第二十四页，共54页。a.图解法图解法第25页/共54页第二十五页，共54页。b.经验经验(jngyn)式式附录附录(fl)IV第26页/共54页第二十六页，共54页。基尔霍夫公式基尔霍夫公式(gngsh)2.与与 T 有关有关(yugun)第27页/共54页第二十七页，共54页。积分积分(jfn)得得:第28页/共54页第二十八页，共54页。据基尔霍夫公式据基尔霍夫公式(gngsh)第29页/共54页第二十九页，共54页。小小 结结:热力学方法热力学方法(fngf)计算计算(3).组合法组合法(4).等压方程式法等压方程式法(5).经验经验(jngyn)式法式法近似近似(jn s
10、)法法精确法精确法依据盖斯定律，由已知反应组合出所求反应，依据盖斯定律，由已知反应组合出所求反应，做同步计算做同步计算第30页/共54页第三十页，共54页。3-6 各种因素对平衡各种因素对平衡(pnghng)的影响的影响理查德理原理理查德理原理(yunl):改变平衡体系的条件改变平衡体系的条件(tiojin),平衡发生移动平衡发生移动.移动方向是削弱或反抗外界条件移动方向是削弱或反抗外界条件(tiojin)改变的影响改变的影响.一、温度的影响一、温度的影响二、浓度的影响二、浓度的影响 改变反应物或生成物浓度时，改变反应物或生成物浓度时，Jc 发生变化，发生变化，平衡移动平衡移动Jc Kc 逆移
11、第31页/共54页第三十一页，共54页。三、压力三、压力(yl)的影响的影响讨论讨论(toln)：正移逆移第32页/共54页第三十二页，共54页。四、惰性气体四、惰性气体(duxng q t)的影响的影响nt-总物质总物质(wzh)的量的量1.T,P 不变不变正移正移逆移逆移讨论讨论(toln)：第33页/共54页第三十三页，共54页。2.T,V 不变不变 相当于等温等容下，加入局外气体，各组成的平衡分压未改变，即平衡不发生相当于等温等容下，加入局外气体，各组成的平衡分压未改变，即平衡不发生(fshng)移动。移动。第34页/共54页第三十四页，共54页。例例:工业上用工业上用(shn yn)
12、乙苯脱氢制苯乙烯乙苯脱氢制苯乙烯 若反应(fnyng)在 637oC 下进行,试分别计算在下述情况时乙苯的平衡转化率.(1).压力(yl)为1atm 时;(2).压力为1atm,但加入水蒸气使原料气中水与 乙苯的蒸气摩尔数之比为 10:1 时。第35页/共54页第三十五页，共54页。(1)第36页/共54页第三十六页，共54页。(2)可见对于 的反应,加入局外(j wi)的气体可提高原料的转化率.第37页/共54页第三十七页，共54页。3-7 平衡平衡(pnghng)组成组成的计算的计算理论(lln)计算如下反应的平衡常数：范德霍夫等压方程式的精确(jngqu)解：（1）查表计算：第38页/共
13、54页第三十八页，共54页。（2）基尔霍夫公式(gngsh)：（3）计算(j sun)I将已知数据(shj)代入精确解式中得：I=26.0第39页/共54页第三十九页，共54页。代入温度值便可计算(j sun)出任意温度下的 值。（4）（5）第40页/共54页第四十页，共54页。（6）计算(j sun)转化率反应(fnyng)前：平衡(pnghng)：110第41页/共54页第四十一页，共54页。金属的氧（氮、碳、硫）化物的标准(biozhn)生成吉布斯能变化与温度的关系：一、氧化物的1.的定义(dngy)在标态下由稳定(wndng)单质生成 1mol 氧化物的吉布斯能变化第42页/共54页第
14、四十二页，共54页。由稳定单质(dnzh)和 1mol 标态氧气反应生成氧化物的吉布斯能变化通式通式(tngsh):也表示(biosh)了氧化物的分解压与温度的关系第43页/共54页第四十三页，共54页。2.各线为何近似(jn s)平行?近似(jn s)式精确(jngqu)式忽略掉固体的第44页/共54页第四十四页，共54页。3.为何(wih)斜率为正?说明(shumng)氧化物加热到足够高的温度,总会分解的.4.特殊(tsh)的两条线水平线第45页/共54页第四十五页，共54页。5.直线(zhxin)的转折点相变发生(fshng)后,值变小.斜率(xil)变大,直线变陡.负斜率第46页/共5
15、4页第四十六页，共54页。二、二、图的应用图的应用(yngyng)1.比较元素比较元素(yun s)与氧的化合能力与氧的化合能力(氧化物的稳定性氧化物的稳定性)越小越小,元素元素(yun s)与氧越易结合与氧越易结合.氧化物的稳定性越高氧化物的稳定性越高.越下边的线越下边的线,越负越负.与氧化合能力大致顺序与氧化合能力大致顺序:Cu Pb Ni Co P Fe Cr Mn Si Ti Al Mg Ca小小大大第47页/共54页第四十七页，共54页。2.选择选择(xunz)还原剂还原剂 位于位于(wiy)下方的金属可把上方的金属从其氧化物中还原出来下方的金属可把上方的金属从其氧化物中还原出来3.
16、冶炼过程冶炼过程(guchng)合理工艺的制定合理工艺的制定4.氧化转化温度的计算氧化转化温度的计算 图上的两条线交于一点图上的两条线交于一点,该点对应的温该点对应的温度是转化温度度是转化温度,在该点上两个氧化物的在该点上两个氧化物的 值相同值相同.第48页/共54页第四十八页，共54页。-500-600-700-800-400140012001000800160018002000如图如图:MnO 和和 CO 线交于线交于1413C MnO CO第50页/共54页第五十页，共54页。说明说明(shumng):Mn 比比 C 还原能力强还原能力强,1683K 是是 Mn 还原还原 CO的的 最高温度最高温度.说明说明(shumng):C 比比 Mn 还原能力强还原能力强,1683K 是是 C 还原还原 MnO的的 最低温度最低温度.第51页/共54页第五十一页，共54页。如何如何(rh)计算计算 T转化转化?第52页/共54页第五十二页，共54页。本本 章章 结结 束束第53页/共54页第五十三页，共54页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第54页/共54页第五十四页，共54页。