Константа равновесия определяют условия равновесия, когда концентрация (парциальные давления) является равновесными. В каком направлении пойдёт химическая реакция, если парциальное давление исходных веществ и продуктов реакции отличаются от равновесных? Ответить на этот вопрос поможет уравнение изотермы химической реакции.
Рассмотрим уравнение реакции: aA + bB ↔ cC + dD
Для изобарно-изотермического процесса изменение Гиббса равно:
P’- неравновесное, парциальное давление компонентов.
где 
= 
— по форме записи напоминает константу равновесия, но отличается тем, что вместо равновесных давлений в него входят величины давления в данный момент времени.
( 
) — это выражение, куда входят величины концентраций в данный момент времени.
АНАЛИЗ ИЗОТЕРМЫ ВАНТ-ГОФФА
1. Главное значение изотермы реакции состоит в том, что она позволяет рассчитать ∆Gили ∆Fобратимый реакции для заданного состава реакционной смеси и определить, в каком направлении, и до какого предела протекает реакция при известных условиях.
а) Если Кр˃Кр’, то lnКр˃lnКр’; ∆G˂0- реакция идет самопроизвольно в прямом направлении.
б) Если Кр˂Кр’, то lnКр˂lnКр’; ∆G˃0- реакция протекает самопроизвольно в обратном направлении, в сторону образования продуктов.
в) Если Кр=Кр’, то lnКр=lnКр’; ∆G=0- равновесие.
Если парциальное давление всех участников реакции в данный момент времени равны атмосферному давлению
Пусть PA’=PB’=PC’=PD’=1( 1,013*10 5 Па), тоKp’=1; Тогда логарифм этого выражения будет равен нулю (lnKp’=0), а уравнение изотермы Вант – Гоффа примет вид:
∆G⁰=RTlnKp-стандартная энергия Гиббса
Выразм константу равновесия из последнего уравнения и получим:
Пример решения задачи:
В объеме 10л, взяли: 320(г) О2 , 10(г) Н2 и 180(г) паров воды . Определите, в какую направлении пойдёт химическая реакция: 
, если при температуре Т
(Кс=10). Процесс изохорный.
;
;
;
;
;
;
˂0 — реакция идет в прямом направлении.
ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА КОНСТАНТУ
РАВНОВЕСИЯ. УРАВНЕНИЕ ИЗОБАРЫ И ИЗОХОРЫ ВАНТ-ГОФФА (В-Г)
Константы равновесия — это величины постоянные при данной температуре. При изменении температуры константа равновесия изменяется, и довольно существенно.
Изменение константы равновесия и направления химической реакции в зависимости от температуры количественно характеризует уравнение изобары изохоры химической реакции.
ВЫВОД УРАВНЕНИЯ ИЗОБАРЫ И ИЗОХОРЫ
Разделим уравнение изотермы Вант- Гоффа на температуру:
Продифференцируем его по Т и перепишем:
Представим уравнение Гиббса – Гельмгольца в виде:
Из уравнения (1) вычтем уравнение (2):
Эти уравнения показывают влияния температуры на константу равновесия, где определяющим фактором является тепловой эффект химической реакции.
Влияние температуры на константу равновесия определяется типом реакци.
1. Если тепловой эффект реакци ∆H(∆U)˃0(эндотермическая, поглощение), то 
˃0, тогда при увеличении температуры (Т↑) константа равновесия Кр увеличивается.
В обратном — Т↓,Кр↓.
2. Если ∆H(∆U)˂0 (экзотермическая, выделение), то ˂0, тогда при повышении температуры константа равновесия Кр уменьшается или Кр увеличивается при понижении температуры.
В обратном — Т↑,Кр↓.
3. Если ∆H(∆U)=0 , тов этом случае константа равновесия не зависит от температуры Кp ≠ f(T).
ИНТЕГРИРОВАНИЕ ИЗОБАРЫ В-Г
1. Приближенное интегрирование ∆Н ≠ f(Т),
тогда 
;
;
;
;
;
.
С помощью этого уравнения можно найти:
1. ∆Н (тепловой эффект реакции), если известны равновесия при двух различных температурах (Кр1(Т1) и Кр2(Т2))
2. Кр2(Т2) – константу равновесия при температуре Т2, если известна константа равновесия при другой температуре и тепловой эффект реакции (Кр1(Т1) и ∆Н).
Так как после интегрирования мы получили уравнение прямой, то эта зависимость может быть представлена на графике: lnKp(1) lnKp(2)
Тангенс угла наклона прямой реакции, исходя из уравнения прямой:
;.
Зависимость теплового эффекта от температуры выражается уравнением:
Подставим это уравнение в уравнение изобары Вант- Гоффа:
;
при Т=0(К)
Проинтегрируем это уравнение и получим:
;
где В — постоянная интегрирования, для нахождения необходимо знать значения константы равновесия Кр при любой фиксированной температуре.
Однако проводить расчеты с использованием данного уравнения довольно сложно и используется довольно редко.
Пример. Определим изменение эффекта реакции Fe+H2O+FeO+H2, если для Т1=900К, Кр1=1,452, а для Т2=1025К Кр2=1,285.
Используем уравнение: 
При повышении температуры от 900 до 1025К выделится дополнительно 7,5 кДж/моль теплоты.
| | | следующая лекция ==> | |
| Метод статистического моделирования нагрузки на ЭВМ | | | Строение и характеристика макроэргических соединений на примереАТФ |
Дата добавления: 2016-02-02 ; просмотров: 9753 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Видео:Решение задач на тему: "Правило Вант-Гоффа". 1 часть. 10 класс.Скачать
Уравнение изотермы вант гоффа формула с объяснением
Состояние системы, которое характеризуется равенством скоростей прямой и обратной реакции и постоянством концентрации всех веществ называется химическим равновесием.
Константа равновесия зависит от природы веществ и температуры и не зависит от исходных концентраций. В небольших количествах (1 – 2 атм) давление на константу равновесия не влияет.
Изменение константы равновесия с температурой определяется изменения энтальпии. Если D Н D Н > 0, то с увеличением температуры константа равновесия увеличивается.
Смещение равновесия – переход системы из одного равновесного состояния в другое при изменении внешних условий.
Если изменить одно из условий, при которых система находится в равновесии, то в системе усилится та реакция которая противодействует производственному изменению. На конденсированные системы давление существенного влияния не оказывает.
Будем рассматривать гетерогенные системы, много-компонентные, в которых протекают химические процессы.
С термодинамической точки зрения существуют системы изометрий закрытые. В изомерных массообменах термическая и барическая связь отсутствует. Критерием самопроизвольно протекающих процессов изомерных систем может служить изменение энтропии, как было показано, этот критерий для закрытых систем не годится, так как в закрытых системах массообмена нет, но существует термическая и барическая связь. В таких системах V , Р, С являются контролируемыми величинами, и в качестве критерия самопроизвольности процесса обычно пользуются термодинамическим потенциалом F , G .
; 
В случае протекания химического процесса изучение системы начинают с его фазового состояния – правило фаз Гиббса. По этому правилу определяют число степеней свободы – число параметров, которые можно изменить, чтобы число фаз не изменялось. Это число свободы не контролируется в ходе процесса.
В связи с тем, что в ходе химического процесса фазовое равновесие и фазовое состояние не нарушается, такие понятия как активность и летучесть можно использовать и при рассмотрении химического равновесия.
Обычно для грубой оценки возможности простого химического процесса используются величины теплового эффекта. Однако такая оценка является в большинстве случаев не совсем точной, так как известно много реакций идущих с поглощением тепла, поэтому наиболее правильно следует в качестве критерия считать 
, 
.
; 
(1)
Самопроизвольный процесс возможен, если 
и 
. Когда эти величины больше нуля: 1. 
; 
, т.е. в случае экзотермического процесса; 2. 
, 
, 
, 
, т.е. реакция будет идти за счет энтропийного члена.
Это может иметь место в том случае, если 
, т.е. когда будет иметь место расширение в процессе реакции.
Вывод: в общем случае не могут величины тепла процессов являться критериями самопроизвольности процессов.
Чтобы ответить на вопрос, при каких условиях энтропийным членом м o жно пренебречь, надо рассмотреть уравнение (1). 
можно пренебречь, если тепловой эффект будет очень велик; при малых Т, если реакция будет протекать в твердой или жидкой фазе.
Раскроем смысл всех величин уравнения (1):
; 
; 
Т.о., для нахождения 
необходимо знать тепловой эффект реакции данной Т, саму Т, найти .
Существуют три способа нахождения .
1. Исходим из сотоношения (1) и третьего начала термодинамики.
2. Основан на уравнениях изотермы, изобары и изохоры Вант-Гоффа.
3. Базируется на определении ЭДС гальванических элементов.
Она состоит из теоремы Нерста и постулатов Планка.
Теорема: согласно теореме, при 
, 
, 
.
Постулаты: при 
, само значение 
, т.е. энтропия правильного кристаллического вещества при Т абсолютном 
= 0.
Постулаты Планка не распространяются на все твердые вещества.
Неправильно построенные и аморфные тела не дают нулевой энтропии, однако энтропия их при абсолютном нуле не невелика, т.о. абсолютное значение величины 
ни при каких условиях нам неизвестны, известно только их изменение, в то время как можно определить абсолютное значение 
. Это происходит потому, что нет точек отсчета для нахождения этих термодинамических величин. Величина S для индивидуальных веществ может быть найдена при Т = 0. 
«0» – обозначает, что данное значение энтропии абсолютное и отсчитанное от 0, индекс Т показывает температуру , существует специальная таблица с абсолютными значениями энтропии 
.
Чтобы использовать соотношение (1) 
; находим :
абсолютное значение энтропии было найдено следующим образом:
; 
; 
; 
но, в соответствии с третьем началом термодинамики, последнее уравнение можно преобразовать для идеально твердого тела, если принять 
= 0.
Это уравнение дает возможность рассчитать абсолютное значение энтропии.
Зная энтропию для твердого тела, можно найти энтропию для жидких и газообразных веществ. Это практически делается так:
1 – обозначат энтропию твердого вещества, далее, при переходе веществ в жидкое состояние, энтропия возрастает на величину приведенной теплоты, появляется 2 член.
В подинтегральную величину входит теплоемкость – С ; затем идет испарение жидкости при Р = const .
Делается это следующим образом :
такие зависимости строятся для каждого вещества, участвующего в реакции. 
п
ж
Видео:Влияние температуры на скорость химических реакций. 10 класс.Скачать
Вопрос № 6.Химические реакции металлургических процессов. Оценка самопроизвольности их протекания. Уравнение изотермы Вант- Гоффа.
Читайте также:
|
то реакция может идти вправо.
для любой реакции рассчитывается так: от потенциала веществ продуктов реакции вычитают химические потенциалы исходных веществ.
для каждой определенной температуры являются строго определенными, их разность при заданной температуре всегда одна и та же.
-уравнение изотермы Вант-Гоффа
в данном случае.
и 
. Степень влияния зависит как от состава химической системы, так и от исходного состояния;
