《5.4化学反应标准平衡常数与温度的关系沐风教学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5.4化学反应标准平衡常数与温度的关系沐风教学（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5.4 化学反应标准平衡常数与温度的关系化学反应标准平衡常数与温度的关系 通常由标准热力学函数通常由标准热力学函数 所求得的化学反所求得的化学反值。若要求得值。若要求得其它其它任一温度任一温度的的 K (T) ，就要研究温度对，就要研究温度对K 的的影响。影响。 是是 25 C下的值，由它再求得的下的值，由它再求得的 K 也是也是25 C下的下的应应1优讲课堂1. 范特霍夫范特霍夫方程方程由热力学基本方程导得吉布斯由热力学基本方程导得吉布斯-亥姆霍兹亥姆霍兹方程：方程：对于发生化学反应对于发生化学反应 的系统中的每种物质，的系统中的每种物质，在标准状态下有：在标准状态下有：2优讲课堂 此式称为
2、此式称为范特荷夫方程式范特荷夫方程式标准平衡常数随温度标准平衡常数随温度变化的微分式变化的微分式。它表明温度对标准平衡常数的影响，。它表明温度对标准平衡常数的影响，与反应的标准摩尔反应焓有关。与反应的标准摩尔反应焓有关。因为因为所以有：所以有：3优讲课堂化学平衡向生成反应物的方向移动。化学平衡向生成反应物的方向移动。说明说明 K 随随 T T 升高而升高而减小减小。若反应若反应放热放热，化学平衡向生成产物的方向移动。化学平衡向生成产物的方向移动。由它可看出：由它可看出：说明说明 K 随随 T T 升高而升高而升高升高。若反应若反应吸热吸热，4优讲课堂由由 式可知，若化学反应的式可知，若化学反应
3、的2. 化学反应等压方程式化学反应等压方程式 则则 为为定值定值，而与温度无关。，而与温度无关。 （1） 为常数时为常数时得定积分式：得定积分式：也包括：温度变化范围较小，可也包括：温度变化范围较小，可近似认为近似认为 为为定定值值的情况。的情况。 5优讲课堂 若有多组若有多组 (T , K )数据，作数据，作ln K 1/T 图，即可图，即可得一直线，由直线的斜率可得到得一直线，由直线的斜率可得到 ，截距为，截距为 C。 它的不定积分式是：它的不定积分式是：6优讲课堂用右边按钮可用右边按钮可跳过以下例题跳过以下例题解：碳酸钙的分解反应是：解：碳酸钙的分解反应是： CaCO3(s) = CaO
4、(s) + CO2(g) 例例 5.3.1 由下列由下列 25 C 时的标准热力学数据估算在时的标准热力学数据估算在 100kPa 外外压下压下CaCO3(s)的分解温度（实验值的分解温度（实验值 t = 895 C ）物物 质质CaCO3(s，方解石），方解石） -1206.92 -1128.79 92.9 81.88CaO(s) -635.09 -604.03 39.75 42.80CO2(g) -393.509 -394.359 213.74 37.117优讲课堂或由或由及及由题给数据求得由题给数据求得 T1 = 298.15 K 时碳酸钙分解反应时碳酸钙分解反应得得8优讲课堂 碳酸钙的
5、分解为两个纯固相，与一个气相参与的反应。要碳酸钙的分解为两个纯固相，与一个气相参与的反应。要求至少产生求至少产生 100 kPa 的的CO2(g)，所以平衡压力商，所以平衡压力商，K 将迅速增大。有可能使将迅速增大。有可能使 K 1 。此外，。此外，因为在因为在 25 C， 所以分解反应不能进行。而在所以分解反应不能进行。而在25 ，所以温度升高，所以温度升高所以可以近似认为所以可以近似认为，所以可认为，所以可认为 与温度无关与温度无关。将。将K （T2）1 及及代入代入(5.3.2)9优讲课堂（实验值（实验值 t = 895 C ）即即:即即:得到得到:10优讲课堂所以有：所以有：要使反应在
6、要使反应在 p = 100 kPa的标准态下进行，即是要求的标准态下进行，即是要求与温度无关。所以有：与温度无关。所以有：另一种解法是另一种解法是:因为因为，所以不但，所以不但 ，而且，而且 都是定值，都是定值，11优讲课堂（2） 为温度的函数时为温度的函数时，尤其是温度变化范围比较大时，尤其是温度变化范围比较大时，应当将，应当将 表示为表示为 T 的函数，代入范特霍夫方程，然后的函数，代入范特霍夫方程，然后积分。积分。若若则：则： 若参加化学反应的各物质的摩尔定压热容与温度的关系均若参加化学反应的各物质的摩尔定压热容与温度的关系均可用下式表示：可用下式表示：12优讲课堂 其中其中 I 为积分
7、常数，可由某一个温度下的为积分常数，可由某一个温度下的 K 值代入上式后值代入上式后得到。得到。得到：得到：将此式代入并积分：将此式代入并积分：13优讲课堂用右边按钮可用右边按钮可跳过以下例题跳过以下例题例例 5.3.2 利用下列数据将甲烷转化反应利用下列数据将甲烷转化反应 CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3H2(g)的的 ln K 表示成温度的函数关系式，并计算在表示成温度的函数关系式，并计算在 1000 K 时的时的K 值。值。物物 质质 CH4(g) -74.81 -50.72 186.264 H2O(g) -241.818 -228.572 188.825 CO(g
8、) -110.525 -137.168 197.674 H2(g) 0 0 130.68414优讲课堂 CH4(g) 14.15 75.496 -17.99 H2O(g) 29.16 14.49 -2.022 CO(g) 26.537 7.6831 -1.172 H2(g) 26.88 4.347 -0.3265物物 质质解：此气相反应的计量系数是：解：此气相反应的计量系数是： v (CH4 ) = -1，v(H2O ) = -1, v(CO) = 1 ， v(H2) =3 。由题给由题给25C的标准热力学数据，可求得：的标准热力学数据，可求得：15优讲课堂 在此顺便指出，由不同的方法计算得到
9、的结果基本相同，说在此顺便指出，由不同的方法计算得到的结果基本相同，说明了热力学公式是彼此一致的，并无相互矛盾之处。有一些微明了热力学公式是彼此一致的，并无相互矛盾之处。有一些微小的差别，是由于数据来源不同，属于实验误差的范围。小的差别，是由于数据来源不同，属于实验误差的范围。又又:或由或由及及用用求得：求得：16优讲课堂因为因为:(2.10.7)所以，在下式中用所以，在下式中用 298.15K 代入代入 T 的位置的位置,即可得即可得:17优讲课堂以及上面求得的以及上面求得的 H0 、 a、 b 、 c 代入代入 (3.7.15) ，得：，得：将将 T = 298.125K 及及然后要求下式中的然后要求下式中的 I 。所以得到所以得到18优讲课堂代入代入 T = 1000 K 以及其它有关数据得到：以及其它有关数据得到：19优讲课堂所以气体的组成为所以气体的组成为20优讲课堂
