《物理化学》课程教学资源：化学平衡

化学平衡 化学反应等温式反应方向的判定 平衡常数一反应平衡条件 平衡常数的计算与测定 平衡常数的应用 影响平衡常数的因素 同时平衡 反应的耦合

化学平衡 化学反应等温式⎯反应方向的判定 平衡常数⎯反应平衡条件 平衡常数的计算与测定 平衡常数的应用 影响平衡常数的因素 同时平衡 反应的耦合

引言 1.化学反应的研究和理解包括两个方面 静态特征:既平衡态的研究,热力学性质, 如反应的能量效应,化学平衡与移动问题 动态特征:动力学性质,反应速率,活化能, 反应机理,反应过程的微观机制,从分子 水平上研究反应进行的具体细节

引言 1. 化学反应的研究和理解包括两个方面： 静态特征：既平衡态的研究，热力学性质， 如反应的能量效应，化学平衡与移动问题； 动态特征：动力学性质，反应速率，活化能， 反应机理，反应过程的微观机制，从分子 水平上研究反应进行的具体细节

2.封闭与开放体系的化学反应 开放体系:如溶液中生成气体的反应,气体的生成 与逸出使平衡向产物方向移动,反应可进行彻底 又如生成沉淀的溶液反应,也可进行彻底;只要 有产物不断从反应体系中不断移出,平衡总不能 达成,这是化学平衡移动的基本原理之 封闭体系:反应最终达成化学平衡

2. 封闭与开放体系的化学反应： 开放体系：如溶液中生成气体的反应，气体的生成 与逸出使平衡向产物方向移动，反应可进行彻底； 又如生成沉淀的溶液反应，也可进行彻底；只要 有产物不断从反应体系中不断移出，平衡总不能 达成，这是化学平衡移动的基本原理之一 封闭体系：反应最终达成化学平衡

3.均相与多相体系的化学反应 多相反应体系,最终达成平衡态,既有化学平 衡,又有相平衡。在通常情况下,大多数多 相反应,同一反应物种只存在于—个相中 例如:CaCO3(s)=CaOs)+CO2(g)。后文中 主要讨论这种情况。如果一种物种在几个相 中存在,则除了化学平衡外,还要考虑相平 衡,包括相平衡的条件与相律

3. 均相与多相体系的化学反应： 多相反应体系，最终达成平衡态，既有化学平 衡，又有相平衡。在通常情况下，大多数多 相反应，同一反应物种只存在于一个相中。 例如：CaCO3 (s) = CaO(s) + CO2 (g)。后文中 主要讨论这种情况。如果一种物种在几个相 中存在，则除了化学平衡外，还要考虑相平 衡，包括相平衡的条件与相律

51化学反应的平衡条件 均相反应体系与复相反应体系 问题:(1)对于定组成的反应体系,自发进 行的方向如何? (2).反应达成平衡的条件? 解答:在恒T,P下,体系的吉布斯自由能的改 变AG

§1 化学反应的平衡条件 均相反应体系与复相反应体系 问题: (1). 对于一定组成的反应体系，自发进 行的方向如何？ (2). 反应达成平衡的条件？ 解答：在恒T，P下，体系的吉布斯自由能的改 变G

反应体系:∑A2=0 温度和压强为T、P,在刻体系的组成为n1 和x1,化学势为μ(T,P,x)。则体系的总吉布 斯自由能为 G(,P,n,)=∑nH(7,P,x)

反应体系： i viAi = 0 温度和压强为T、P，在t时刻体系的组成为ni 和xi，化学势为i (T, P, x)。则体系的总吉布 斯自由能为 =  i i i G(T,P,n, x) n (T,P, x)

体系的总吉布斯自由能G是反应进度的函数。 设初始时刻体系组成为n0,时刻的反应进度 为ξ,则时刻的组成为n0+v。则G表示为 G(T,P, nio+ viE 对于一定T、P下给定的反应体系,G只是反应 进度ξ的函数。同样体系其他状态参量也只是 反应进度的函数

体系的总吉布斯自由能G是反应进度的函数。 设初始时刻体系组成为ni0，t时刻的反应进度 为，则t时刻的组成为ni0 + vi 。则G表示为 G(T, P, ni0 + vi ) 对于一定T、P下给定的反应体系，G只是反应 进度的函数。同样体系其他状态参量也只是 反应进度的函数

在恒T、P时,设反应体系经历-个微元过 程到达计d时刻,反应进度为d,体系中 各物质的量变化为 dn =v, e 此时体系中各物质的化学势可认为不变 则体系吉布斯自由能的改变为 dG=∑w

在恒T、P时，设反应体系经历一个微元过 程到达t+dt时刻，反应进度为d，体系中 各物质的量变化为 dni = vid  此时体系中各物质的化学势可认为不变。 则体系吉布斯自由能的改变为： =    i i i dG v d

体系吉布斯自由能随反应进度的变化率 即发生1mo反应进度时体系吉布斯自由 能的变化为 儿。=(P

体系吉布斯自由能随反应进度的变化率， 即发生1mol反应进度时体系吉布斯自由 能的变化为： =             = i i i T P r m v T P x G G ( , , )

在l刻体系吉布斯自由能对反应进度的变 化率AGm)也只是反应进度ξ的函数。 ArGm(s=G[,P,nio+vi( +de) G(T,P, nio+viE)de 当dξ=1mo时, △Gm(2)=GT,P,no+v;(ξ+1) G(T, P,nio+vi s

在t时刻体系吉布斯自由能对反应进度的变 化率rGm()也只是反应进度的函数。 rGm() = {G[T, P, ni0 + vi ( +d)] − G(T, P, ni0 + vi )}/d  当d =1mol时， rGm() = G[T, P, ni0 + vi ( +1)] − G(T, P, ni0 + vi )