Методическое пособие к лабораторному практикуму по физической химии (Часть 1. Химическая термодинамика). Маршаков И.К - 73 стр.

UptoLike

73
2. Практикум по физической химии / Под ред. И .В .Кудряшова.
М .:Высш.шк ., 1986. С.223 244.
РАЗДЕЛ VI
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Известно, что при р,Т = const условием равновесия химической реакции:
...AA...AA
'
2
'
2
'
1
'
12211
+ν+ν+ν
( где
'
2
'
121
A,A,...A,A
- исходные вещества и продукты взаимодействия, а
'
2
'
121
,,..., νννν
их стехиометрические коэффициенты ) условием химического
равновесия будет:
0
i
k
1i
i
=µν
=
, (μ
i
химический потенциал компонентов системы)
а равновесные концентрации, парциальные давления или молярная доля
исходных веществ и продуктов находятся между собой в определенном
соотношении, которое называется законом действия масс:
;
cc
cc
K
2
2
1
1
'
2
'
2
'
1
'
1
AA
AA
c
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅
=
νν
νν
;
pp
pp
K
2
2
1
1
'
2
'
2
'
1
'
1
AA
AA
p
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅
=
νν
νν
⋅⋅
⋅⋅
=
νν
νν
2
2
1
1
'
2
'
2
'
1
'
1
AA
AA
x
xx
xx
K
,
где
c
K
-константа равновесия.
Условием самопроизвольного протекания химической реакции
является (
µν
ii
)
р , Т
< 0, а невозможность процесса (
µν
ii
)
р , Т
> 0. Константа
равновесия К
р
, произвольные парциальные давления участников реакции связаны
с изменением изобарно -изотермического потенциала уравнением:
i
i
ipT,p
PlnRTKlnRTG
ν+=∆
;
Для стандартных условий, когда р
i
= 1атм :
p
0
298
KlnRTG =∆
Температурная зависимость константы равновесия дается уравнениями
изобары и изохоры Вант-Гоффа:
(
)
(
)
(
)
(
)
,RTHdTKlnd
2
p
∆=
(
)
(
)
(
)
(
)
,RTUdTKlnd
2
v
∆=
где Н изменение энтальпии, U - изменение внутренней энергии.
Из этих уравнений видно, что в случае эндотермической реакции (
H
>0 или
0Q
p
__
<
) имеем
(
)
(
)
dTKlnd
p
>0, т.е . с ростом температуры константа равновесия
растет, и выход продуктов увеличивается. Для экзотермической реакции (
H
<0
или
0Q
p
__
>
)
(
)
(
)
dTKlnd
p
<0 и с ростом температуры константа равновесия
уменьшается, т.е . равновесие сдвигается в сторону исходных веществ .
                                                                                                                                                            73
      2. Прак тик ум по физиче ск о й химии / По д ре д. И .В .К удряшо ва. –
М .:В ысш.шк ., 1986. – С.223– 244.

                                                                         Р А ЗД Е Л VI

                                                     Х И М И ЧЕ С КО Е РА В НО В Е С И Е

       И зве стно , что при р,Т = const усло вие м равно ве сияхимиче ск о й ре ак ции:
                                            ν 1A 1 + ν 2 A 2 + ... ⇔ ν1' A 1' + ν '2 A '2 + ...
(где                           исхо дные ве щ е ства и про дук ты взаимо де йствия, а
        A 1 , A 2 ,...A 1' , A '2       -
ν 1 , ν 2 ,...ν , ν – их сте хио ме триче ск ие к о эффицие нты) усло вие м химиче ск о го
             '
             1
                   '
                   2
равно ве сияб уде т:
                  k

                 ∑ν µ
                 i =1
                        i   i   = 0 , (μ i – химиче ск ий по те нциал к о мпо не нто в систе мы)

а равно ве сные к о нце нтрации, парциальные давле нияили мо лярнаядо ля
исхо дных ве щ е ств и про дук то в нахо дятсяме ж ду со б о й в о пре де ле нно м
со о тно ше нии, к о то ро е называе тсязак о но м де йствиямасс:
                                        c νA1' ⋅ c νA2' ⋅ ⋅ ⋅                    p νA1' ⋅ p νA2' ⋅ ⋅ ⋅                  x νA1' ⋅ x νA2' ⋅ ⋅ ⋅
                                             '         '                             '        '                              '            '


                                 Kc =       ν1
                                                 1
                                                      ν2
                                                           2
                                                                     ;    Kp =     ν1
                                                                                         1
                                                                                             ν2
                                                                                                  2
                                                                                                            ;   Kx =        ν1
                                                                                                                                 1
                                                                                                                                          ν2
                                                                                                                                              2
                                                                                                                                                        ,
                                        c ⋅cA1        A2       ⋅⋅⋅               p ⋅p
                                                                                   A1        A2       ⋅⋅⋅               x   A1       ⋅x   A2      ⋅⋅⋅
где K c -к о нстанта равно ве сия.
     Усло вие м         само про изво льно го      про те к ания      химиче ск о й     ре ак ции
являе тся( ∑ ν i µ i )р,Т < 0, а не во змо ж но сть про це сса ( ∑ ν i µ i )р,Т > 0. К о нстанта
равно ве сия К р, про изво ль  ные парциальные давле ния участник о в ре ак ции связаны
с изме не ние м изо б арно -изо те рмиче ск о го по те нциала уравне ние м:
                                   ∆G p ,T = −RT ln K p + RT ∑ ν i ln Pi ;
                                                                                                            i
Д лястандартных усло вий, к о гда рi = 1атм:
                                                                          ∆G 0298 = − RT ln K p
      Т е мпе ратурная зависимо сть к о нстанты равно ве сия дае тся уравне ниями
изо б ары и изо хо ры В ант-Го ффа:
                                                               (d ln K ) (dT ) = (∆H ) (RT )
                                                                           p
                                                                                                                2
                                                                                                                    ,
                                                               (d ln K v ) (dT ) = (∆U ) (RT )                  2
                                                                                                                    ,
где ∆Н – изме не ние энтальпии, ∆U - изме не ние внутре нне й эне ргии.
     И з этих уравне ний видно , что в случае эндо те рмиче ск о й ре ак ции ( ∆H >0 или
Q p < 0 ) име е м (d ln K p ) (dT ) >0, т.е . с ро сто м те мпе ратуры к о нстанта равно ве сия
__



расте т, и выхо д про дук то в уве личивае тся. Д ля эк зо те рмиче ск о й ре ак ции ( ∆H <0
или Q p > 0 ) (d ln K p ) (dT ) <0 и с ро сто м те мпе ратуры к о нстанта равно ве сия
        __



уме ньшае тся, т.е . равно ве сие сдвигае тсяв сто ро ну исхо дных ве щ е ств.