大学物理化学核心教程第二版沈文霞课后参考答案第5章.docx

第五章 化学平衡

一.基本要求

掌握化学反应等温式的各种形式,并会用来判断反应的方向与限度。

了解标准平衡常数的定义,掌握标准平衡常数的各种表示形式与计算方法。

掌握标准平衡常数K 与?G 在数值上的联系,熟练用热力学方法计算?G ,从而

r m r m

获得标准平衡常数的数值。

了解标准摩尔生成Gibbs自由能?G 的定义与它的应用。

f m

掌握温度对化学平衡的影响,记住van’tHoff公式及其应用。

了解压力与惰性气体对化学平衡的影响。

二.把握学习要点的建议

把本章放在多组分系统之后的目的,就就是要利用多组分系统中介绍的化学势的概念与各种表示方式,来导出化学反应等温式,从而用来判断化学反应的方向与限度。本章又用到了反应进度的概念,不过其值处在0?1mol的区间之内。因为在利用化学

势的表示式来计算反应的Gibbs自由能的变化值时,就是将化学势瞧作为一个定值,也就就是在有限的反应系统中,化学进度为d?,如果在一个很大的系统中,??1mol。

严格讲,标准平衡常数应该用绝对活度来定义,由于本教材没有介绍绝对活度的概念,所以利用标准态化学势来对标准平衡常数下定义,其含义就是一样的。从标准平衡常数的定义式可知,标准平衡常数与标准化学势一样,都仅就是温度的函数,因为压力已指定为标准压力。对于液相反应系统,标准平衡常数有其相应的形式。对于复相化学反应,因为纯的凝聚态物质

本身就作为标准态,它的化学势就就是标准态化学势,已经归入?G中,所以在计算标准平

r m

衡常数时,只与气体物质的压力有关。

学习化学平衡的主要目的就是如何判断反应的方向与限度,知道如何计算平衡常数,了解温度、压力与惰性气体对平衡的影响,能找到一个经济合理的反应条件,为科研与工业生产服务。而不要过多地去考虑各种浓度表示式与各种平衡常数表示式之间的换算,否则会把自己搞糊涂了,反而没抓住主要内容。

由于标准平衡常数与?G

在数值上有联系,?G

??RTlnK

,所以有了?G 的

r m r m p r m

值,就可以计算K 的值。定义了标准摩尔生成Gibbs自由能?G ,就可以很方便地用热力

p f m

学数据表中个物质的?G 值,来计算反应的?G ,从而可以求出标准平衡常数。

f m r m

为什么说?G 与K 仅就是在数值上有联系呢？因为它们处于不同的状态,?G 处

r m p r m

于标准态,而K

p

处于平衡态,它们之间的关系可以这样来理解。根据公式:

(?G

r m

)

T,p

??G

r m

RTln?

B

?p ??B

p? B?

p

? ?

在等温、等压不做非膨胀功时,化学反应达到平衡,(?G ) ?0,才得到

r mT,p

?G ??RTln?

r m

B

?p ??B

? B? ??RTlnK

?p ?e p

所以,K

p

就是处于平衡状态时的压力商,而它又与标准化学势有关(根据它的定义式),故将

K 称为标准平衡常数,它始终与系统的化学平衡状态相连。而?G ???? ,就是处于

p r m B B

B

标准态时化学势的代数与,故称为反应的标准摩尔Gibbs自由能变化值,它就是处于标准状态

下的物理量。只有在化学反应达到平衡时,才与K

p

联系在一起。之所以要强调这一点就是

因为,如果把?G 瞧作就是平衡状态下的物理量,它的数值永远等于零;如果把K 瞧作就是

r m p

标准状态下的平衡常数,那它就永远等于1,显然这些结论就是荒谬的。

标准平衡常数的数值与?G 一样,因为用到了化学反应进度的概念,所以与方程式的计

r m

量系数就是有关系的。方程式的计量系数成倍数的关系,则?G 的值也呈倍数的关系,而

r m

K 则成指数的关系。所以在计算K

p p

时,一定要与化学计量方程对应。

温度就是影响化学平衡的最主要的因素,温度会改变平衡常数的数值。根据van’tHoff公式,对于吸热反应,升高温度,使平衡常数值增大。反之,对于放热反应,降低温度,使平衡常数值增大。要熟练掌握van’tHoff定积分公式的应用。

压力不影响平衡常数的数值,而只可能影响有气体参与反应的平衡组成,或通常说的会影

响K 的数值。对于反应前后气体分子数不变的反应,或受压力影响较小的凝聚相反应,则压

x

力对平衡几乎没有影响。只有在反应前后,气体分子数发生改变的反应,压力才会影响平衡的组成,增加压力对气体分子数减少的反应有利,反之,降低压力对气体分子数增加的反应有利,使产物的比例提高。

把不参与反应的气体称为惰性气体,惰性气体对平衡的影响与压力相似,只有在反应