余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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温度对化学平衡的影响

已有 459 次阅读 2024-8-26 10:07 |系统分类:教学心得

       本文拟结合准静态过程假说,推导范特霍夫公式,并适当展开讨论.

  1. 范特霍夫公式推导Ⅰ

    对于任意温度、标态下的化学反应(或相变),依热力学基本原理可得:

    ΔrGθm(T)=ΔrHθm(T)-T·ΔrSθm(T)                   (1)

    ΔrGθm(T)=-RT·lnKθ                                       (2)

    联立式(1)、(2)可得:

    -RT·lnKθ=ΔrHθm(T)-T·ΔrSθm(T)                     (3)

    整理式(3)可得:

    image.png                     (4)

    设一定温度范围内,ΔrHθm(T)、ΔrSθm(T)均与温度无关;则式(4)两边同时对温度求导可得:

    image.png                                          (5)

    式(5)即为范特霍夫公式.

      由上推导可知式(5)成立前提包括:①标态反应有意义;②平衡;③准静态过程;④一定温度范围内,

ΔrHθm(T)、ΔrSθm(T)均与温度无关.

备注:准静态过程假说,将所有的热力学过程实现方式均指定为准静态过程,为微积分的应用提供了充分的前提保障;另式(4)→式(5)是一种纯微积分变化,单纯是为了推导温度对平衡常数影响公式,ΔrHθm特指298.15K标态时反应的焓变(下同).

    2.范特霍夫公式推导Ⅱ

     依微积分原理可得:

     image.png                    (6)

     另依热力学基本方程可得:

     image.png                            

     平衡时,δW'=0;代入上式可化简为:

     image.png                                   (7)

     由式(7)可得:

     image.png                                       (8)

     将式(8)代入式(6),并结合热力学基本原理整理可得:

     image.png               (9)

     对于标态下化学反应(或相变),上式可变形为:

     image.png                   (10)

     另热力学规定:

      ΔrGθm(T)=-RT·lnKθ                                 (11)

     将式(11)代入式(10),并整理可得:

     image.png                                      (12)

     由上推导可知式(12)成立前提包括:①标态反应有意义;②平衡;③准静态过程.

     另需指出:范特霍夫公式推导Ⅱ应对应确定的热力学过程,不同温度下的化学反应(或相变)明显属于

不同的热力学过程.

3. 讨论

     由范特霍夫公式可知:

     ①对于ΔrHθm(T)>0的化学反应(或相变),则image.png>0,表明温度升高,平衡常数增大,平衡将正向移动;

      ②对于ΔrHθm(T)<0的化学反应(或相变),则image.png<0,表明温度升高,平衡常数减小,平衡将逆向移动.

      需强调准静态过程假说认为:ΔrHθm(T)=Qp+W',ΔrHθm(T)Qp.

      尽管不同温度下建立平衡的化学反应(或相变),W'=0,ΔrHθm(T)=Qp;此时的ΔrHθm(T)≠T·ΔrSθm(T).

 4.结论

    ⑴范特霍夫公式适用前提:建立平衡的化学反应(或相变).

    ⑵温度是影响化学平衡移动的重要因素.

     



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