化学平衡

A. 化学平衡，怎么理解

平衡移动的根本之一就是浓度的变化，A选项加入氩气，没有浓度变化。b加热，反应向右，所以分解率变大，c是对的。d体积变大，浓度就会减少，所以反应向浓度增大进行，也就是向右进行。分解率也是增大。

B. 化学平衡

4.1.4.1 化学平衡的等温公式

由标准自由焓定义的气相化学反应的平衡常数pK,等于生成物逸度乘积与反应物逸度乘积之比。即:

地球化学

式中:ep*dp*…为生成物逸度乘积;pa*bp*为反应物逸度乘积。当然,上式也适用于液相和固相间的化学反应。由上式可以导出化学平衡等温公式:

地球化学

这是用来分析和处理化学平衡问题的一个常用公式。

4.1.4.2 温度和压力对化学平衡的影响

4.1.4.2.1 温度对化学平衡的影响

在压力不变的情况下,温度对化学平衡的影响表现为:温度的微变Tδ会使体系的自由焓产生一个微变Gδ,它的数学意义是:Gδ=-δST

地球化学

现在假设这个体系在温度T℃时从状态Z₁变到Z₂,它的焓、熵和自由焓各从H₁、S₁和G₁变到H₂、S₂和G₂,根据上式和式(4.4)可以得出:

地球化学

两式相减,得:

地球化学

将上式应用于等温等压反应的标准焓变,就得出吉布斯-赫尔姆霍茨(Gibbs-Helmholtz)方程:

地球化学

由等温等压过程可以进一步得出:

地球化学

将上式与化学平衡等温公式 联立,就可以得出:

地球化学

由式(4.22)可以看出:若反应为吸热反应(△Hθ>0),当温度升高时,其平衡常数增大;反之,对放热反应(△θH<0),当温度降低时,其平衡常数增大。对上式积分后,将有:

地球化学

由此公式可以看出温度变化会对化学平衡产生的影响。

4.1.4.2.2 压力对化学平衡的影响

对气相反应Aa+Bb+…=Ee+Ff+…来说,它的化学平衡常数yK(用分子数表示)和K_p(用分压表示)间的关系如下式

地球化学

式中:P₀为反应时的总压力;△V为反应中摩尔数的增量,△V=(e+f+…)-(a+b+…)。由于分压给出的平衡常数K_p取决于反应时的温度T,K_p并不随反应总压力P₀的大小发生变化。因此,在温度不变的情况下,可以得到下式:

地球化学

与式(4.24)联立,可以得出:

地球化学

上式表明:对增体积反应(△V>0),当压力升高时,其平衡常数K_y减小;对减体积反应(△V<0),当压力升高时,其平衡常数K_y增大。

由此还可得知:平衡体系的任何状态参量发生变化,都会使平衡的位置发生转移,而且转移的方向总是趋向于抵消状态参量变化引起的效果。这一规律被称为平衡位置转移原理。

C. 关于化学平衡

要理解这个问题，首先要知道阿伏伽德罗定律：同温同压下，相同体积的任何气体【纯或者混合气体】都含有相同的分子数。也就是说：同温同压下，相同体积的任何气体的总物质的量都相同。再换一种说法：温度不变、总体积不变时，气体的总压强与总物质的量成正比。所以，此条件下，如果一个可逆反应的化学方程式的两边的气体的系数之和相等，就意味着，无论反应发生还是不发生，发生到什么程度【没有达到平衡或者达到了平衡】，反应体系中气体的总物质的量不会改变，压强也不会改变。如果一个可逆反应的化学方程式的两边的气体的系数之和不相等，就意味着，只要反应发生，反应体系中气体的总物质的量就会改变，压强也就会改变。直到达到平衡，反应体系中气体的总物质的量才不会再改变，压强也不会再改变。
再换一种说法：温度不变、压强不变时，气体的总体积与总物质的量成正比。所以，此条件下，如果一个可逆反应的化学方程式的两边的气体的系数之和相等，就意味着，无论反应发生还是不发生，发生到什么程度【没有达到平衡或者达到了平衡】，反应体系中气体的总物质的量不会改变，总体积也不会改变。如果一个可逆反应的化学方程式的两边的气体的系数之和不相等，就意味着，只要反应发生，反应体系中气体的总物质的量就会改变，总体积也就会改变。直到达到平衡，反应体系中气体的总物质的量才不会再改变，总体积也不会再改变。

D. 化学平衡的本质

从化学平衡的定义来看，判断一个可逆反应是否达到平衡有两个标志：一是正逆反应速率相等，二是各组分的浓度不再变化。 实际判断中，如果我们利用密度，压强，浓度、颜色改变，各成分含量，混合气体的相对分子质量等相关物理量可推出各组分的浓度不再变化这个结论，那么这些物理量也可以作为判断依据。 具体情况是： 压强：对于有气体生成和参与反应的实验，并且前后压强有改变，比如NH3（g）+H2O===NH4.OH,压强不再变化时说明达到了平衡。 通过颜色， 对于颜色有变化的反应可以用 比如2NO+O2===2NO2（可逆反应）， 其他的方法 1 恒容 a 等体积反应 由于反应前后外界体积不变，体系自身压强也不变，质量守恒，所以密度等于质量除以体积，质量体积都不变，所以密度一直不变。即密度不能作为平衡的标志。平均摩尔质量等于总质量除以总物质的量，所以摩尔质量不变也不能作为平衡的标志。b 不等体积反应由于反应前后外界体积不变，体系自身压强改变，质量守恒，所以密度等于质量除以体积，质量体积都不变，所以密度一直不变。即密度不能作为平衡的标志。平均摩尔质量等于总质量除以总物质的量，总物质的量变，所以摩尔质量不变可以作为平衡的标志。 2 恒压 a 等体积反应 由于反应前后外界压强不变，体系自身体积也不变，所以压强不能作为平衡的标志。质量守恒，密度等于质量除以体积，质量体积都不变，所以密度一直不变。即密度不能作为平衡的标志。平均摩尔质量等于总质量除以总物质的量，所以摩尔质量不变也不能作为平衡的标志。b 不等体积反应 由于反应前后外界压强不变，体系自身体积改变，所以压强不能作为平衡的标志。质量守恒，密度等于质量除以体积，体积改变，所以密度一直在变。即密度可以作为平衡的标志。平均摩尔质量等于总质量除以总物质的量，所以摩尔质量不变能作为平衡的标志。但是，如果体系中有非气体出现，比如上题把A改为固体后，就属于等体反应，则对于气体来说，随着反应的进行，气体总质量是增大的，但体积不变，则密度不变可作为标志。，总物质的量不变，则平均摩尔质量是一直在增大的，则平均摩尔质量是可以作为标志的。 谢谢观看，祝你学习进步。

E. 什么是化学平衡

化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率等于逆反应速率，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
化学平衡的特征
①“动”，化学平衡是动态平衡，即处于化学平衡状态时，化学反应并没有停止，而是正逆反应速率相等罢了。
②“定”，由于达到化学平衡状态时的正逆反应速率相等，所以，该状态下反应混合物中各组分的质量分数保持一定，不再改变。
③“变”，化学平衡是有条件的，即“定”是相对的、暂时的，而“动”则是绝对的。当改变影响化学平衡的某一个条件（如温度、压强、浓度）时，原有的化学平衡状态会被破坏，直至在新的条件下建立新的平衡状态。

F. 化学平衡

1.化学反应等温方程式

对任意化学反应dD+eE+…→gG+hH+…,吉布斯自由能的变化为

地球化学

这就是化学反应等温方程式。式中:Q_f 称为“逸度商”,可以通过各物质的逸度求算;

(T)值也可以通过多种方法计算,从而可得Δ_rG_m的值。

当体系达到平衡,Δ_rG_m=0 ,则:

地球化学

称为热力学平衡常数,它仅是温度的函数。在数值上等于平衡时的“逸度商”,是量纲为1的量。因为它与标准化学势有关,所以又称为标准平衡常数。对于理想气体,化学反应等温式也可表示为

地球化学

即:

>Q_P,Δ_rG_m<0,反应向右自发进行;

<Q_P,Δ_rG_m>0,反应向左自发进行;

=Q_P,Δ_rG_m=0,反应达到平衡。

在实际应用中,会碰到一些经验平衡常数,如K_p、K_x、K_c、K_a 等,其定义分别为

地球化学

地球化学

地球化学

地球化学

上面四式中:p、x、c、a分别表示压力、摩尔分数、体积摩尔浓度、活度。

例1 以黄铁矿和磁铁矿的平衡反应说明平衡常数的计算方法及其意义。列出化学反应方程式,配平方程,加入流体相。由参考文献查得25℃(298K)和 223℃(500K)时各相的

如下(赵伦山等,1988):

地球化学

(1)计算298K时的平衡常数

地球化学

为一高的正值,说明在25℃(

)时反应强烈地向左进行,黄铁矿被氧化为磁铁矿。将

值代入化学反应等温方程式求出平衡常数:

地球化学

由于

,因此,反应进行的方向受O₂和S₂分压控制。地表条件下

=0.21×10⁵Pa,代入上式求得:

地球化学

计算结果表明,在地表25℃及

=0.21×10⁵Pa条件下反应(3-30)强烈地向左进行,黄铁矿是不稳定的 (磁铁矿也应进一步被氧化)。因为根据平衡常数计算在该条件下为保持磁铁矿-黄铁矿平衡共生,要求

=5×10²¹Pa,这在地表是不可能出现的条件。

(2)计算 500K时反应 (3-30)的平衡常数

地球化学

求平衡常数:

地球化学

地球化学

用同样方法计算下列反应在223℃时的

:

地球化学

地球化学

表明磁铁矿和镜铁矿的平衡反应只受

控制,在223℃时二者平衡共生时的

=3.54×10^-32 Pa。

对反应:

地球化学

地球化学

将以上三个反应(3-30～3-32)联系起来,把后两个反应的平衡

和

代入磁铁矿-黄铁矿反应中有

地球化学

由此得出结论:镜铁矿-磁铁矿和磁黄铁矿-黄铁矿四个矿物不可能同时平衡共生。但是在热液矿脉(223℃)中磁铁矿-黄铁矿的平衡共生是可能的,其形成条件是:

=3.54×10^-32Pa,

>5.25×10^-11Pa,反应(3-32)向右进行,或

<3.54×10^-32Pa,

=5.25×10^-11Pa,反应(3-31)向左进行。需要按计算结果提高

或减小

,即按计算的平衡逸度数值提高

,这时根据式(3-32),磁黄铁矿不能出现,可能形成黄铁矿-磁铁矿组合含有镜铁矿;或者按平衡逸度值降低

,则据式(3-31)镜铁矿不出现,形成黄铁矿-磁铁矿组合,含有磁黄铁矿。因此,平衡常数的计算有助于解释矿物共生组合各相和推断其形成条件。

2.温度对平衡常数的影响

温度对平衡常数的影响,可以通过Van't Hoff公式看出,其微分式为

地球化学

对于吸热反应,

>0,升高温度,

增加,对正反应有利;对于放热反应,

<0,升高温度,

降低,对正反应不利,对逆反应有利。若温度区间不大,

可视为常数,定积分为

地球化学

这公式常用来从已知一个温度下的平衡常数计算另一温度下的平衡常数。若

值与温度有关,则将其关系式直接代入微分式进行积分。

例2 形成硅灰石的化学反应如下:

地球化学

(1)从自由能判据判断标准状态下298K时反应进行的方向

地球化学

所以标准压力下,温度为298K时,反应自发向左进行。

(2)计算标准状态下298K时化学反应的平衡常数

地球化学

(3)计算标准状态下 500K时化学反应的平衡常数

地球化学

假定

不随温度变化,由式(3-34)得

地球化学

(4)估算标准状态下形成硅灰石所需要的最低温度

假定

和

不随温度而变化,则由

得

地球化学

(5)计算二氧化碳的逸度与体系温度的关系,绘制ln(

)～T相图由式 (3-34)得

地球化学

因为

,所以可得

=18.966-

,绘制的

～T相图见图3-1。由图中可明显看出在标准态压力下,该反应的转化温度近似为550K。

地球化学

—二氧化碳的逸度;

—标准态压力(0.1MPa);T—温度;CaCO₃—方解石;SiO₂—磷石英;]]

3—硅灰石;CO₂—二氧化碳

3.压力对平衡常数的影响

对于理想气体反应dD+eE+…→gG+hH+…,p_B=c_BRT,

=

,

=

(T)=

,所以

地球化学

即

仅是温度的函数,压力对它没有影响。同理,

也仅是温度的函数,压力对它也没有影响。但是对于K_x ,得

地球化学

由上式可以看出K_x与压力有关,如果

<0,气体分子数减少,加压后反应正向进行,反之亦然。验证了Le chatelier原理:增加压力,反应向气相体积减小的方向进行。

对于复相 (凝聚相+气相)反应,因为压力对凝聚相的体积影响较小,所以一般情况下只考虑气相,式 (3-36)仍然成立。对于只有凝聚相的反应,若凝聚相彼此都处于纯态,则

地球化学

地球化学

例3 以金刚石和石墨的转化为例,已知C(金刚石)和C(石墨)在298.15K时的

分别为2.87kJ·mol^-1和0kJ·mol^-1。在298.15K和标准压力(0.1MPa)时二者的密度分别为3.513×10³ kg·m^-3和2.260×10³ kg·m^-3。

(1)在298.15K和标准压力下,石墨与金刚石哪一个稳定?

(2)在298.15K时需要多大的压力才能使石墨转变为金刚石?

解:(1)C (石墨)= C (金刚石)

(298.15K)=2.87kJ·mol^-1,这说明常温常压下石墨稳定。]]

=-ΔV_m

地球化学

令ΔG_m(P)<0,则解得P>1.52×10⁹Pa,约为 15000 大气压。这说明在常温高压下,石墨可以转变为金刚石 (图3-2)。

图3-2 常温下石墨-金刚石的转化压力

ΔG_m—石墨转化为金刚石的自由能变化;T—温度;P—压力

G. 化学平衡是指什么

化学平衡是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态。可用ΔrGm=ΣνΑμΑ=0判断，μA是反应中A物质的化学式。根据勒夏特列原理，如一个已达平衡的系统被改变，该系统会随之改变来抗衡该改变。

H. 什么是化学平衡状态

化学平衡状态就是化学反应的正反应速率和逆反应速率相等，达到平衡的状态。
对于反应：aA+bB=yY+zZ
A=-(-aμA-bμB+yμY+zμZ)=0,则反应达到平衡，μA指的是物质A的化学势

I. 化学平衡的特征

1、化学平衡的建立和特征

(1)可逆反应

①定义:在同一反应体系中，在相同条件下，既能向正反应方向自动进行又能向逆反应方向自动进行的反应。

②特点

➊可逆反应必须是同一条件下既能正反应方向进行又能逆反应方向进行的反应，对于在不同条件向向正、逆两个反应方向进行的反应则不认为是可逆反应;

❷可逆反应是不能进行到底的，不能实现完全转化。

(2)化学平衡状态

①定义:在一定条件下的可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态，叫做化学平衡状态，简称化学平衡;

②化学平衡的建立

对于可逆反应，不管从正反应开始(只投入反应物)，还是从逆反应开始(只投入生成物)，或从正逆反应同时开始(同时投入反应物和生成物)， 在一定条件下都会达到v(正) = v(逆) 的状态。当v(正) 和v(逆)相等时，单位时间内同一物质消耗和生成的量完全相等，因而各物质的浓度和含量保持一定， 即达到平衡状态。构成化学平衡体系的基本要求是反应物和所有的生成物均处于同一反应体系中，反应条件(温度、浓度、压强等)保持不变。

(3)化学平衡的特征

逆:只有可逆反应才能达到化学平衡状态;

动:是动态平衡，正、逆反应仍在不断进行;

等: v(正=v(逆)≠0;

定:各组分的浓度及百分含量保持不变;

变:当影响化学平衡的外界条件发生变化使v(正≠v(逆)时，平衡便会发生移动使各组分的浓度、百分含量发生变化，直至建立新的平衡。

2、化学平衡的移动

(1)化学平衡移动的含义

当一个可逆反应达到平衡后，如果改变温度、压强、浓度等反应条件，原来的平衡状态被破坏，化学平衡发生移动，平衡混合物种各组分的质量分数也随着改变，在一段时间后达到新的平衡状态，这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，就是化学平衡的移动。

可以归纳为:某条件下的化学平衡一> 平衡被破坏一段时间后 一→“新条件下的新化学平衡

(2)化学平衡移动与化学反应速率的关系

当与化学平衡体系有关的外界条件发生改变以后，

v(正> v(逆)，平衡向正反应方向移动;

v(正= v(逆)，化学平衡不发生移动;

v(正< v(逆)，化学平衡向逆反应方向进行。

(3)影响化学平衡移动的因素

①浓度

在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以是化学平衡向逆反应方向进行。

②压强

对反应前后气体总体积发生变化的反应，在其他条件不变时，增大压强会使平衡向气体体积缩小的方向移动，减小压强会使平衡向气体体积增大的方向移动。

例如: 高温高压，cat,N2(g) + 3H2(g)二2NH3(g)

加压，v(正)增大、v(逆)增大， v(正)增大的倍数大，平衡向正反应方向移动;若减压，v(正)、 v(逆)均减小，v(正)减小的倍数大，平衡向逆反应方向移动，加压、减压后v- t关系图像如下图:

③温度

在其他条件不变时，温度升高平衡向吸热反应的方向移动，温度降低平衡向放热反应的方向移动。

对于2NO2(g)=N2O4(g) ΔH < 0，加热时颜色变深，降温时颜色变浅。该反应升温、降温时v一t关系图像如下图:

④催化剂

由于催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂对化学平衡无影响，U一t图像为:

3、勒夏特列原理

(1)原理内容

如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强、温度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。勒夏特列原理又叫平衡移动原理。

(2)分析思路

(3)适用范围

平衡移动原理适用于化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡等动态平衡

(4)注意事项

①平衡向“减弱”外界条件变化的方向移动，但不能“抵消”外界条件的变化;

②v(正)增大并不意味着平衡一定正反应方向移动， 只有V(正>V(逆)时才可以肯定平衡向正反应方向移动。

③当平衡向正反应方向移动时，反应物的转化率并不一定提高，生成物的体积分数并不一定增大(因为反应物或生成物总量增大了)， 增大一种反应物的浓度会提高另外- -种反应物的转化率;

④存在平衡且平衡发生移动时才能应用平衡移动原理。

4、化学平衡常数

(1)定义

在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一-个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数，符号为K。

(2)表达式

对于某可逆反应

aA(g) + bB(g)=pC(g) + qD(g)，在一定温度下，达到平衡时K =

(3)注意事项

①化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。

②反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看做"1”而不代入公式;

③化学平衡常数是指某- -具体反应的平衡常数，若反应方向改变，则平衡常数改变，且互为倒数关系。

J. 化学平衡特征

根据吉布斯自由能判据，当ΔrGm=0时，反应达最大限度，处于平衡状态。化学平衡的建立是以可逆反应为前提的。可逆反应是指在同一条件下既能正向进行又能逆向进行的反应。绝大多数化学反应都具有可逆性，都可在不同程度上达到平衡。 化学平衡的过程（动力学角度） 从动力学角度看，反应开始时，反应物浓度较大，产物浓度较小，所以正反应速率大于逆反应速率。随着反应的进行，反应物浓度不断减小，产物浓度不断增大，所以正反应速率不断减小，逆反应速率不断增大。当正、逆反应速率相等时，系统中各物质的浓度不再发生变化，反应就达到了平衡。此时系统处于动态平衡状态，并不是说反应进行到此就完全停止． 化学平衡的过程（微观角度） 从微观角度讲则是因为在可逆反应中，反应物分子中的化学键断裂速率与生成物化学键的断裂速率相等所造成的平衡现象。 四大化学平衡 通常说的四大化学平衡为化学平衡、电离平衡、水解平衡、溶解平衡。 化学平衡在分析化学中有着极为重要的应用化学平衡的特征 化学平衡状态具有逆，等，动，定，变、同等特征。 逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。 等：平衡时，正逆反应速率相等，即v正=v逆。（对于同一个物质，v正=v逆数值上相等；对于不同物质，vA正：vB逆=a：b，即等于系数比） 动：平衡时，反应仍在进行，是动态平衡，反应进行到了最大程度。 定：达平衡状态时，反应混合物中各组分的浓度保持不变，反应速率保持不变，反应物的转化率保持不变，各组分的含量保持不变。 变：化学平衡跟所有的动态平衡一样，是有条件的，暂时的，相对的，当条件发生变化时，平衡状态就会被破坏，由平衡变为不平衡，再在新的条件下建立新平衡。 同：对于一个确定的可逆反应，不管是从反应物开始反应，还是从生成物开始反应，抑或是从反应物和生成物同时开始， 只要满足各组分物质浓度相当，都能够达到相同的平衡状态。 [编辑本段]影响化学平衡的因素 影响化学平衡的因素有很多. 如压强\温度\浓度\等.（注意：催化剂不影响化学平衡，仅影响反应速率） 在其他条件不变的情况下,增大反应物浓度或减小生成物浓度,可使平衡向正反应方向移动，反之，向逆反应方向移动； 对于有气体参加的反应，在其他条件不变的情况下,增大压强，可使平衡向体积减小的方向移动，反之，向体积增大方向移动； NO2-N2O4平衡球 在其他条件不变的情况下,升高体系的温度,可使平衡向吸热方向移动，反之，向放热的方向移动。 在其他条件不变的情况下,加入催化剂，化学平衡不移动。 勒夏特列原理:如果改变影响平衡的一个条件(浓度压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。