物理化学化学平衡

第四章 化学平衡内容提要1、反应进度反应进度描述了化学反应体系的状态，反应进度的变化表示为： Δξ=B∨∆Bn （4-1）当ξ =1时，就表示按给定的反应式进行了一个完整反应，也称发生了一个单位反应。

对于同一反应方程式，可以用任一反应物或任一产物表示反应进度ξ，与物质的选择没有关系；当化学反应方程式的写法不同时，反应进度ξ的数值不同。

2、吉布斯自由能变在等温等压、W ＇＝0时，一定组成、无限大量的体系中，体系的吉布斯自由能随反应进度而改变的变化率表示为：Δr G m =P T ∂∂,)(ξG=∑νB μB （4-2） Δr G m 是反应系统在任意情况下的吉布斯自由能变化，是强度性质，与体系物质的量无关，单位为 J/mol 或kJ/mol 。

对同一反应来讲，Δr G m 的具体数值与化学方程式的写法有关。

Δr G m 值可以表明反应的自发方向和进行趋势的大小，具有化学反应推动力的含义。

当Δr G m ＜0时，反应物化学势高，反应能自发地由左向右进行； 当Δr G m ＞0时，产物化学势高，反应不能自发地由左向右进行； 当Δr G m ＝0时，产物和反应物的化学势相等，反应体系处于平衡状态。

在温度T 时，把物质的化学势µ B=OB μ + RTlna B代入式（4-2），得：Δr G m =∑νB OB μ + RTlnQa（4-3）3、化学平衡的条件化学平衡的条件为：等T 、等P 、W ＇＝0 时， Δr G m ＝p T G,)(ξ∂∂＝∑νB μB ＝0 （4-4） 4、化学平衡常数在一定条件下，当化学反应达到平衡时，产物活度的计量系数次方幂的乘积与反应物活度的计量系数次方幂的乘积的商为一常数，称为化学平衡常数(equilibrium constant)。

标准平衡常数(standard equilibrium constant) 表示反应所能达到的最大限度，单位是1，用OK(上角标“Ө”表示处于标准态)表示，也称为热力学平衡常数，表达式为：OK = (Q a )eq = (d Da A r Rg G a a a a ⋅⋅)eq （4-5）O K 越大，则反应进行的程度越大。

化学平衡和物理化学一、引言化学平衡是物理化学中一个重要的概念，指的是化学反应处于稳定状态下，反应物转化为产物的速率与产物转化为反应物的速率相等。

化学平衡的研究对于理解和掌握化学反应的动力学过程具有重要意义。

本文将介绍化学平衡的基本概念和物理化学中与平衡相关的其他重要知识。

二、化学平衡的基本概念化学平衡是指在封闭系统中，当化学反应达到一个动态平衡时，反应物的浓度和产物的浓度保持不变的状态。

在平衡状态下，正向反应和逆向反应的速率相等，但并非反应停止，而是达到了动态平衡。

平衡常数（K）是衡量平衡位置偏向产物还是反应物的指标。

三、平衡常数与平衡位置平衡常数是化学反应达到平衡时，在一定温度下，反应物浓度与产物浓度的比值的一种快捷表示。

在平衡常数较大的情况下，平衡位置偏向产物一侧；而在平衡常数较小的情况下，平衡位置偏向反应物一侧。

通过调节温度、浓度或压力等条件，可以改变平衡位置。

四、化学平衡的影响因素1. 浓度的影响：改变反应物或产物浓度可以对平衡位置产生影响。

根据Le Chatelier原理，增加反应物浓度会使平衡位置偏向产物一侧，而增加产物浓度则会使平衡位置偏向反应物一侧。

2. 温度的影响：改变温度可以改变反应物与产物的能量，从而对平衡位置产生影响。

一般来说，温度升高对于放热反应有利，而对于吸热反应不利。

3. 压力的影响：对于气相反应，改变压力可以对平衡位置产生影响。

增加压力会使平衡位置偏向压力较小的一侧，而减小压力则会使平衡位置偏向压力较大的一侧。

五、平衡常数与Gibbs自由能变化Gibbs自由能变化（ΔG）是描述化学反应是否自发进行的指标，与平衡常数之间存在关系。

当ΔG<0时，反应是自发进行的，而当ΔG>0时，反应是不可逆进行的。

平衡常数与ΔG之间的关系可通过下式表示：ΔG = -RTlnK（R为气体常数，T为温度，ln为自然对数）。

六、物理化学中其他与平衡相关的知识1. 反应速率与平衡：在化学平衡中，虽然正向反应和逆向反应的速率相等，但反应速率并非为0。

物理化学《化学平衡》习题及答案选择题1．下面的叙述中违背平衡移动原理的是(A) 升高温度平衡向吸热方向移动 (B) 增加压力平衡向体积缩小的方向移动(C) 加入惰性气体平衡向总压力减少的方向移动 (D) 降低压力平衡向增加分子数的方向移动答案：C 。

加入惰性气体平衡向总压力增大的方向移动2．要使一个化学反应系统在发生反应后焓值不变, 必须满足的条件是(A) 温度和内能都不变 (B) 内能和体积都不变 (C) 孤立系统 (D) 内能, 压力与体积的乘积都不变答案：D 。

因ΔH ＝ΔU ＋Δ（pV ）3．在等温等压下，当反应的∆r G m ∃ = 5kJ ·mol -1时，该反应能否进行?(A) 能正向自发进行 (B) 能逆向自发进行 (C) 不能判断 (D) 不能进行答案：C 。

应该用∆r G m 判断而不是∆r G m ∃ 。

4．已知反应 2NH 3 = N 2 + 3H 2，在等温条件下，标准平衡常数为0.25，那么，在此条件下，氨的合成反应1/2 N 2 + 3/2 H 2 = NH 3 的标准平衡常数为： (A) 4 (B) 0.5 (C) 2 (D) 1 答案：C 。

5．反应 2C(s) + O 2(g) ←→ 2CO(g)，其∆r G m ∃ /(J ·mol -1) = -232600 - 167.7T /K ，若温度升高，则：(A) ∆r G m ∃ 变负，反应更完全 (B) K p ∃ 变大，反应更完全 (C) K p ∃ 变小，反应更不完全 （D ）无法判断 答案：C6．对于气相反应，当体系总压力p 变化时(A) 对K f ∃ 无影响 (B) 对K r 无影响 (C) 对K p ∃ 无影响 (D) 对K f ∃ 、K r 、K p ∃ 均无影响答案：A 。

理想气体的K p ∃ 不受压力的影响而真实气体的K p ∃ 将随压力而变。

7．理想气体反应CO(g)+2H 2(g) = CH 3OH(g)的∆r G m ∃与温度T 的关系为：∆r G m ∃ = －21660+52.92T ，若要使反应的平衡常数K p ∃ >1，则应控制的反应温度： (A) 必须低于409.3℃ (B) 必须高于409.3K (C) 必须低于409.3K (D) 必须等于409.3K 答案：C8．某化学反应在298K 时的标准吉布斯自由能变化为负值，则该温度时反应的K p ∃将是： (A)K p ∃= 0 (B) K p ∃ < 0 (C) K p Θ > 1 (D) 0 < K p ∃ < 1 答案：C 。

1化学反应速率与化学平衡34.3.1 可逆反应与化学平衡（一）化学反应的可逆性和可逆反应绝大多数化学反应都有一定可逆性：例如：N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g)只有极少数反应是不可逆的：例如： 2 KClO 3(s) =2 KCl (s) + 3 O 2 (g)可逆反应：在同一条件下，能同时向两个相反方向进行的反应。

4（二）化学平衡化学平衡的特征：（1）系统的组成不随时间而改变;（2）化学平衡是动态平衡。

（3）平衡状态与达到平衡的途径无关;定义：可逆反应在一定条件下，正反应速率等于逆反应速率时，反应体系所处的状态。

4.3.1 可逆反应与化学平衡5在373 K 恒温槽中反应一段时间后，达到平衡，测得平衡时N 2O 4和NO 2 浓度。

0.1600.100NO 2开始0.370.0700.100N 2O 4从反应混合物0.0720.100NO 2开始0.370.0140N 2O 4从产物0.1200NO 2开始0.360.0400.100N 2O 4从反应物c 2(NO 2)/c (N 2O 4)平衡浓度起始浓度N 2O 4-NO 2体系的平衡浓度（mol/L ）（373K ）化学平衡的实例N 2O 4 (g) 2 NO 2(g)无色红棕色64.3.2 平衡常数1. 定义：在一定温度下，可逆反应达到平衡时，产物浓度的方程式计量系数次方的乘积与反应物浓度的方程式计量系数次方的乘积之比，为一常数，称为“平衡常数”。

用K 表示。

2. 意义：表示在一定条件下，可逆反应能进行的极限。

K 越大，正反应进行得越彻底。

7有关化学平衡常数的说明①化学平衡常数K 只是温度的函数。

②平衡常数不涉及时间概念，不涉及反应速率。

例如：N 2O 4(g) 2 NO 2(g)T /K 273 323 373K 5×10-4 2.2×10-2 3.7×10-12SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g) K =3.6 ×1024(298K)K 很大，但常温下反应速率很小。