目录化学反应等温方程式推导过程 理想气体化学反应等温方程 范特霍夫等温方程式 化学反应的等温方程式 化学等温方程式推导
范特霍夫方程是一个用于计算在不同温度下某皮咐反应的平衡常数的方程。
设 K 为平衡常数, ΔH为焓变, ΔS为熵变, T为温度。由雅各布斯·亨里克斯·范托夫提出。
通常由负的平衡常数的自然对数-lnK对对应的温度的倒数1/T做图得到一条直线,其斜率为最小标准焓变除以气体常数R,ΔH/R,燃判纯截距为标准熵变除以气体常数R,ΔS/R。
若溶质微粒在溶液中缔合, i值小于1,。例如各类羧酸或苯甲酸在苯中形成的二聚体,所以实际溶解的溶质微粒数是酸分子数的一半。
若溶质分子在溶液中离解,i值大于1。例如氯化钠、氯化钾、氯化镁等强电解质溶于水中。若溶质分子在溶解中既不离解也不缔合,i值便等于1,例如葡萄糖溶于水中。
相关内容解释:
特霍夫等温式可以得到不同温度下反应吉布斯自由能变,从而判断反应进行方向。适用于不同温度标准状态下的反应。
压强对化学反应速率的影响是比较复杂的,反应不同条件不同结果也不相同。分析的话,主要是要注意压强的变化有没有引起参与反应的物质的浓度变化。如果有就能影响反应速率如果没有就不会影响反应速率。
在特定的瞬间,一小部分离子会配对在一起,因而被计为一个微粒。这种离子缔合现象在任何电解质溶液中都会不同程度的发生,导致了与范托夫因子与实冲慎际间的偏差。这种偏差在离子有多重化合价时会达到最大。
ΔG=ΔG标+RTlnJ
推导利用dG=Vdp+TdS,其中G代表1mol某种物质吉布斯自由能。假设温度不变,物质为理想气体,那dG=RTdp/p.将这个式子从标态积分到非标态,得G-G标=RTlnp/p标。将反应物和生成物都如此做,把得到的这些等式乘上化学计量数加起昌咐凳来,左边变成ΔG-ΔG标,右边是RTlnJ,把ΔG标挪简顷到右耐旅边即可。
范特霍夫等温方程是vant Hoff plot) △Gθ=△Hθ - T△Sθ(吉布斯—亥姆霍兹方铅举程。是一个用于计算在不同温度下某反应的平衡常数的方程。设K 为平衡常数, ΔH为焓变, ΔS为熵变,T为温度。由雅各布斯亨里克斯范托夫提出。
适猛腔用于不同温度标准状态下的反应,然而现实工作生活中,大多数反应是在非标准状态下进行的,那么如何计算这些时候反应的吉布斯自由能呢?经过多年的研究,范特霍夫通过对气体化学势与温度的关系的推导,得到了范特等温方程。
其中,△Gθ为该温度下标准吉布斯自由能变,Q为该反应商。通过范特霍夫等温式可以得槐知碧到不同温度下反应吉布斯自由能变,从而判断反应进行方向。
化学反应等温式(1)反应进度对于化学反应:反应前各物质的量: nA,0nB,0nG,0nH,0t时刻各物质的量: nAnB nG nHt时刻的反应进度ξ定义为: , νi — 物质i的计量迹枝系数。对于产物ν取正值;对于反应物ν取负值。注意:①对于同一化学反应,ξ的量值与反应计量方程的写法有关,但与选取参与反应的物质无关。②ξ的量纲为mol。 恒温恒压条件下,当反应进度由ξ变化到(ξ+ dξ)时,反应体系自由焓的变化为: 又: , 故: 则: “ ”或“ ”为单位反应的自由焓差,称反应自由焓,其单位为“J.mol-1”。(2)平衡常数化学平衡:在一定条件下,反应进行到一定程度后,反应物和产物的浓度不随时间改变时体系所达到的状态。特点:动态平衡注意:只有可逆化学反应才有化学平衡。 1、平衡常数的导出设某一理想气体的化学反应为:平衡时:(∑νiμi)产物 = (∑νiμi)反应物即: 又: 故有:( )+( )=( )+( )得: 其中 当温度一定时: (常数)令:,或 、— 平衡常数,或“标准平衡常数”。 — 平衡时第i种气体的分压。 则: 2、Kp的意义Kp大,反应进行完全Kp 是化学反应进行程度的标志: Kp小,反应进行不完全注意: Kp = f(T) (2)平衡常数的其它表示方法1、K c对于理想气体: V — 反应气体的总体积得: 令: , 有: ,注意: K c = f(T)2、K y对于反应体系中的第i种气体:Pi = yiP有: 令: 则: , 注意:①K y = f(T,P)②K P = K c(R T)△n = K yP△n当△n = 0,有 K P = K c = K y③ 上述平衡常数表达式对于多相化学反应也适用,只是在平衡常数中不必写出固体或液体的饱和蒸气压。(3)范特霍夫(Van't Hoff)等温方程1、K P 与Q P 设有理想气体反应(未达平衡)为: — 任意选择或指定的分压,不是平衡分压。 = = [( )+( )] -[( )+( )]= ( ) + =+ 令:=, 又 则: =+ (范特霍夫等温方程)注意:①与的意义不同。② 与的意义不同,称“分压比”或“压力商”。 2、反应方向的判断对于恒温恒压只做体积功的过程: < 0自发过程△G T,P= 0可逆过程> 0反自发过程对于化学反应(恒温恒定外压只做体积功):Q P< K P ,△rG m < 0 ,正反应自发进行Q P= K P ,△rG m = 0 ,反应达到平衡 Q P> K P ,△rG m > 0 ,逆反应自发进行注轿闭意:对于多相化学反应范特霍夫等温方程也适用,只是固、液相在K P、Q P中不出现。§5.2温度对平衡常数的影响—范特霍夫等压方程 , 则: 又:(吉布斯-亥姆霍兹方程)故: (范姿帆敏特霍夫等压方程)对于理想气体反应,K P ≠ f(P),有:> 0(吸热反应),T → 高,K P → 大,利于正反应进行。< 0(放热反应),T → 高,K P → 小,不利于正反应进行。 若温度变化范围不大, 可视为常数,则:不定积分得: (常数)化为: (常数)将对作图可得一直线,由直线的斜率可求在此温度范围内的平均标准反应热 。定积分得: 对于等容化学反应: §5.3其它因素对平衡的影响(1)压力的影响 K P = K yP△n当 △n = 0,有 K y = K P = f(T)(与压力无关)若 △n > 0,P → 大,K y → 小。若 △n < 0,P → 大,K y → 大。 (2)惰性组分的影响对于化学反应: ,nsum = n总令: 则: 若 △n > 0,惰性组分 → 大,n总→ 大,K n → 大。若 △n < 0,惰性组分 → 大,n总→ 大,K n → 小。(3)反应物配比的影响 对于化学反应:令:, 则 0 < r < ∞当反应物配比 (即两种反应物摩尔数之比等于其化学计量比)时,产物有极大值。 §5.4实际气体的化学平衡对于化学反应:若为理想气体反应有:,若为实际气体反应有: 低压时: , ,注意:对于实际气体K f = f(T),K P ≠ f(T)
化学反应等温方程式即范特霍夫等温式,是用来表达非标准状态下自由能变化之间关系的等式。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,反迹败丛应自发进行的方向。利用等温方程式可以求算在等温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。如果ΔrGm<0,说明已含有处于标准枯雹的产物时反应能正向进行,如改为只有反应物,则只姿樱有分母,所以ΔrG值含更小反应更易进行,反之相反。