• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.相关知识
  • 4.四种情况

化学反应等温式

化学反应等温式(英文chemical reaction isotherm)亦即范特霍夫等温式,用来表达非标准状态下自由能变化之间关系的等式。

基本信息

  • 中文名

    化学反应等温式

  • 外文名

    chemical reaction isotherm

  • 属性

    冶金术语

  • 分类

    等温式

  • 相关

    自由能

相关知识

用ΔrGm只能判断反应体系中各物质都处于标准态,亦即各物质的活度恰好为1时,反应自发进行的方向。当反应体系中各种物质的活度是任意的人为选定值时,必需用ΔrGm与标准状态下ΔrGm的关系为:ΔrGm=标准状态下ΔrGm +RtlnJa R:气体常数8.314J·K-1·mol-1 T:温度 Ja:体系在等温下,任意状态时,反应产物的活度系数次方的乘积与反应物活度系数次方乘积的比值,对于反应bB+dD=gG+hH可表示为Ja=Ja代表了化学平衡一章中的分压商及浓度商。对于气体反应,理想混合气体中各组分气体的活度为aB=PB/PB代表物质B,PB为组分气体的分压P为标准压力105pa。对于溶液中反应,在本课中,稀溶液各物质的活度可用浓度代替。利用等温方程式可以求算在等温(即指定TK)下体系处于任意活度配比情况下的ΔrGm并用于判断该条件下反应自发进行的方向。化学反应等温式理论定律的典型。

化学反应处于平衡状态时 ΔrGm=0 Ja=Ka

化学等温方程式就变成了 ΔrGm=-RtlnKa

∴ΔrGm=-RTlnKn+RtlnJa是等温方程式的另一种表达形式它表明了非平衡时化学反应的Gibbj自由能变化与平衡常数的关系。由此计算出的平衡常数Ka称为热力学平衡常数,是无量纲量,数值与实验测得平衡常数Kc、Kp一样。由此,我们可以根据浓度商及自由能变两种判别反应方向的方法:

若Ja=Ka 则ΔrGm=0 表明反应达到平衡

若Ja>Ka 则ΔrGm>0 反应不能自发进行

若Ja<Ka 则ΔrGm<0 反应自发进行

实际上,化学反应等温式的应用条件。可根据,ΔrGm判断大致情况,如果ΔrGm<0,说明已含有处于标准的产物时反应能正向进行,如改为只有反应物,则Ja部分只有分母,所以ΔrG值含更小(远小于零)反应更易进行,反之相反。例P155例4注意例4中的〔F-〕是零,但按10-7mol·l-1计算,同时J换算为,KJ应录1/1000。当ΔrGm值不大时,要注意反应物或产物的活度对化学反应自发进行方向的影响。

四种情况

根据Gibbs-Helmhol+2公式,可推出恒压下,温度对自发性的影响,有四种情况:

类型ΔrHΔrSΔrG讨论

例Ⅰ- +永远为“-” 任何温度下都自发进行 2H2O2(g)→2H2O(g)+O2(g)

Ⅱ+-永为“+” 任何温度下都非自发 CO(g)→C(S)+O2(g)

Ⅲ--低温为“-”低温下自发变化 HCL(g)+NH3(g)→NH4CL(s)高温为“+”

Ⅳ++低温为“+” 高温下自发变化 CaCO3(S)→CaO(s)+CO2(g)高温为“-”

1、从表中可看出:四种类型各分为两大类,其中类型Ⅱ是类型Ⅰ的逆过程,二者的共同点是ΔrH和ΔrS的数值的符号相反。而类型Ⅳ是类型Ⅲ的逆过程,它们的ΔrH和ΔrS的数值的符号相同。

第一大类:ΔrH、ΔrS符号相反,但ΔrH与-ΔrS符号相同。∴对ΔrG影响相同,换言之,ΔrG在任何温度都具有与ΔrH相同的符号,单独改变温度是不能调转反应自发进行的方向的。例汽车尾气CO不会由于热分解而生成C(s)及O2。

第二大类:ΔrH、ΔrS符号相同,但对ΔrG影响相反,反应取决于两者相对大小,ΔrH数值大时,下影响不了ΔrG的符号,ΔrH数值较小时,T就很关键,例KCL溶解,CuCO3(3)分解等。