物理化学-第三章化学平衡
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pӨ eq
) pB b
pӨ eq
= KӨ
所以：ΔrGmӨ = – RTlnQp（平衡）= –RTlnKӨ
标准平衡常数 (1)
由于
ΔrGm = ΔrGmӨ + RTlnQp
(2)
将(1)式代入(2)式得 ΔrGm = –RTlnKӨ + RTlnQp = RTln
Qp KӨ
理想气体的化学反应等温方程
当 Qp < KӨ时，ΔrGm < 0 反应自左向右自发进行 当Qp = KӨ时，ΔrGm = 0反应达到平衡
§ 3-1 化学反应方向限度的判断与平衡条件
一、化学反应的进度
aA dD gG hH
dnA : dnD : dnG : dnH a : d : g : h
dnA dnD dnG dnH d
a
dgh
称之为反应度（反应进度、反应量）
物质的变化量可用反应度表示 ,它的大小可表达反应进行的程度。
BB 0
<自发 (反应方向) =平衡 (反应限度)
G
)T
, p,w0
BB rG ≤ 0
<自发 (反应方向) =平衡 (反应限度)
由此可见：判别方向、 限度的问题，又回到如何计算rG 的问题上来了。因此讨论各种因素如压力对rG 的影响就 十分必要了。
§ 3-2 化学反应等温方程式
一. 理想气体化学反应等温方程式 aA(g) + bB(g) → cC(g) + dD(g)
pӨ
ΔrGm = ΔrGmӨ + RTln
(
pA pӨ
a
)(
) pB b
pӨ
Qp
ΔrGm = ΔrGmӨ + RTlnQp
在等温等压，W’ = 0时，化学反应达到平衡，则ΔrG = 0
ΔrGmӨ = – RTlnQp（平衡）
(
Qp(平衡) =
(
) ( pC c
pӨ eq
) ( pA a
pӨ eq
) pD d
由 μB =
( ə GB ə nB
)
= GB,m
T,p,nj
∑ p,所w以0 BB = rνGBGB,m= (νBGB,m)产物 – (νBGB,m)反应物= ΔrG
最终有
(
G
)T
, p,w0
Hale Waihona Puke Baidu
BB rG
表示整个体系(产物+反应物) 总的吉布斯自由能
表示化学反应中产物吉布斯 自由能与反应物吉布斯自由 能的差值
对平衡常数与理想气体化学反应等温式的几点说明：
1. 标准平衡常数KӨ，无量纲，也称为热力学平衡常数。
2. 在计算标准平衡常数KӨ时，一定要写出化学反应方程式。
H2(g)+(1/2)O2(g)=H2O(g) K1Ө 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) K2Ө
K2Ө = (K1Ө)2
3. 由于理想气体在标准状态下(T,pӨ), G只是温度的函数，ΔrGmӨ 的数值只与温度有关，因此，KӨ也只是温度的函数。当温度一
H2N2
dGT,P 0
ζ 0.482
NH3
本章学习的目的是： a、掌握热力学第二定律在化学反应中的应用。 b、了解各种因素对化学平衡的影响。 c、选择合适的反应条件，了解实际生产潜力。 本章学习的任务是： a、平衡常数、平衡转化率的计算 b、能够根据平衡常数和平衡转化率的公式，解释温度、压 力、惰性组分等因素对化学平衡的影响。
反应达到平衡时，压力商Qp，称为理想气体化学反应的标准 平衡常数。
由理想气体化学反应等温方程式计算的平衡常数就是标准平 衡常数KӨ
题目中如果没有指明,就是要求标准平衡常数KӨ
例如 ：400 ℃，300atm, H2 : N2 = 3 :1 的合成氨反应 3H2 + N2 = 2NH3
若方向向着自由焓降低的方向进行 G
a、当氨的组成小于0.482时反应向 生成氨的方向进行。
dGT,P 0 dGT,P 0
b、当氨的组成大于0.482时反应向 氨的分解方向进行。
c、当氨的组成等于0.482时氨的生 成与分解速度相同达到了动态 平衡
第三章 化学平衡
§ 3-0 引言
1. 热力学第二定律告诉我们在自然界中发生的一切变化都 是有方向性的.
2. 在一定温度和压力下进行的化学反应是朝着确定方向进 行的,并且这个化学反应不是无限进行的,而是会达到一个 动态平衡.
3. 化工生产及与应用有关的化学研究中，人们最关心的问 题莫过于化学反应的方向及反应平衡时的转化率，因为 它关系到在一定条件下，反应能否按所希望的方向进行、 最终能得到多少产物，反应的经济效益如何。
= (cμӨ + dμӨ – aμӨ – bμӨ) + RTln
(
pC pӨ
c
)(
) pD d
pӨ
(
pA pӨ
a
)(
) pB b
pӨ
ΔrGm = (cμӨ + dμӨ – aμӨ – bμӨ) + RTln
(
pC pӨ
c
)(
) pD d
pӨ
( (
pC pӨ
c
)(
pA pӨ
a
)(
) pD d
pӨ
) pB b
由理想气体的化学势： μ=μӨ + RTln(p/pӨ)
所以：ΔrGm =∑νBμB = ∑(νB μB)产物 –∑(νB μB)反应物
= {cμӨ + c[RTln(pC/pӨ)] + dμӨ + d[RTln(pD/pӨ)]} – {aμӨ + a[RTln(pA/pӨ)] + bμӨ + b[RTln(pB/pӨ)]}
–dnA = adζ ; –dnD = ddζ; dnG = gdζ; dnH = hdζ
二、化学反应的方向和限度
dG SdT Vdp BdnB
dGT ,P ,w0 BdnB 0 dGT ,P ,w0 BdnB
<自发 =平衡
( gG hH aA dD )d
BBd
B 为计量系数，对产物取正号，反应物取负号。
定时，标准平衡常数KӨ数值一定。
4. 理想气体化学反应等温式是一个桥梁公式。
ΔrGm = RTln
Qp KӨ
状态函数的变化 化学反应平衡常数
二. 平衡常数的表示法
1. 理想气体反应的标准平衡常数
( ) ( ) pC c
pӨ eq
pD d pӨ eq
( ) ( ) KӨ =
pA a pӨ eq
pB b pӨ eq
d 0
BB 0
<自发 (反应方向) =平衡 (反应限度)
化学反应向着化学势降低的方向进行，当反应物化学势与计量系
数乘积的加和等于产物化学势与计量系数乘积的加和时，化学反
应达到平衡。
三、化学势判据与化学反应吉布斯能(ΔrG)的关系
dGT ,p,w0 BBd
(
G
)T , p,w0
BB rG
) pB b
pӨ eq
= KӨ
所以：ΔrGmӨ = – RTlnQp（平衡）= –RTlnKӨ
标准平衡常数 (1)
由于
ΔrGm = ΔrGmӨ + RTlnQp
(2)
将(1)式代入(2)式得 ΔrGm = –RTlnKӨ + RTlnQp = RTln
Qp KӨ
理想气体的化学反应等温方程
当 Qp < KӨ时，ΔrGm < 0 反应自左向右自发进行 当Qp = KӨ时，ΔrGm = 0反应达到平衡
§ 3-1 化学反应方向限度的判断与平衡条件
一、化学反应的进度
aA dD gG hH
dnA : dnD : dnG : dnH a : d : g : h
dnA dnD dnG dnH d
a
dgh
称之为反应度（反应进度、反应量）
物质的变化量可用反应度表示 ,它的大小可表达反应进行的程度。
BB 0
<自发 (反应方向) =平衡 (反应限度)
G
)T
, p,w0
BB rG ≤ 0
<自发 (反应方向) =平衡 (反应限度)
由此可见：判别方向、 限度的问题，又回到如何计算rG 的问题上来了。因此讨论各种因素如压力对rG 的影响就 十分必要了。
§ 3-2 化学反应等温方程式
一. 理想气体化学反应等温方程式 aA(g) + bB(g) → cC(g) + dD(g)
pӨ
ΔrGm = ΔrGmӨ + RTln
(
pA pӨ
a
)(
) pB b
pӨ
Qp
ΔrGm = ΔrGmӨ + RTlnQp
在等温等压，W’ = 0时，化学反应达到平衡，则ΔrG = 0
ΔrGmӨ = – RTlnQp（平衡）
(
Qp(平衡) =
(
) ( pC c
pӨ eq
) ( pA a
pӨ eq
) pD d
由 μB =
( ə GB ə nB
)
= GB,m
T,p,nj
∑ p,所w以0 BB = rνGBGB,m= (νBGB,m)产物 – (νBGB,m)反应物= ΔrG
最终有
(
G
)T
, p,w0
Hale Waihona Puke Baidu
BB rG
表示整个体系(产物+反应物) 总的吉布斯自由能
表示化学反应中产物吉布斯 自由能与反应物吉布斯自由 能的差值
对平衡常数与理想气体化学反应等温式的几点说明：
1. 标准平衡常数KӨ，无量纲，也称为热力学平衡常数。
2. 在计算标准平衡常数KӨ时，一定要写出化学反应方程式。
H2(g)+(1/2)O2(g)=H2O(g) K1Ө 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) K2Ө
K2Ө = (K1Ө)2
3. 由于理想气体在标准状态下(T,pӨ), G只是温度的函数，ΔrGmӨ 的数值只与温度有关，因此，KӨ也只是温度的函数。当温度一
H2N2
dGT,P 0
ζ 0.482
NH3
本章学习的目的是： a、掌握热力学第二定律在化学反应中的应用。 b、了解各种因素对化学平衡的影响。 c、选择合适的反应条件，了解实际生产潜力。 本章学习的任务是： a、平衡常数、平衡转化率的计算 b、能够根据平衡常数和平衡转化率的公式，解释温度、压 力、惰性组分等因素对化学平衡的影响。
反应达到平衡时，压力商Qp，称为理想气体化学反应的标准 平衡常数。
由理想气体化学反应等温方程式计算的平衡常数就是标准平 衡常数KӨ
题目中如果没有指明,就是要求标准平衡常数KӨ
例如 ：400 ℃，300atm, H2 : N2 = 3 :1 的合成氨反应 3H2 + N2 = 2NH3
若方向向着自由焓降低的方向进行 G
a、当氨的组成小于0.482时反应向 生成氨的方向进行。
dGT,P 0 dGT,P 0
b、当氨的组成大于0.482时反应向 氨的分解方向进行。
c、当氨的组成等于0.482时氨的生 成与分解速度相同达到了动态 平衡
第三章 化学平衡
§ 3-0 引言
1. 热力学第二定律告诉我们在自然界中发生的一切变化都 是有方向性的.
2. 在一定温度和压力下进行的化学反应是朝着确定方向进 行的,并且这个化学反应不是无限进行的,而是会达到一个 动态平衡.
3. 化工生产及与应用有关的化学研究中，人们最关心的问 题莫过于化学反应的方向及反应平衡时的转化率，因为 它关系到在一定条件下，反应能否按所希望的方向进行、 最终能得到多少产物，反应的经济效益如何。
= (cμӨ + dμӨ – aμӨ – bμӨ) + RTln
(
pC pӨ
c
)(
) pD d
pӨ
(
pA pӨ
a
)(
) pB b
pӨ
ΔrGm = (cμӨ + dμӨ – aμӨ – bμӨ) + RTln
(
pC pӨ
c
)(
) pD d
pӨ
( (
pC pӨ
c
)(
pA pӨ
a
)(
) pD d
pӨ
) pB b
由理想气体的化学势： μ=μӨ + RTln(p/pӨ)
所以：ΔrGm =∑νBμB = ∑(νB μB)产物 –∑(νB μB)反应物
= {cμӨ + c[RTln(pC/pӨ)] + dμӨ + d[RTln(pD/pӨ)]} – {aμӨ + a[RTln(pA/pӨ)] + bμӨ + b[RTln(pB/pӨ)]}
–dnA = adζ ; –dnD = ddζ; dnG = gdζ; dnH = hdζ
二、化学反应的方向和限度
dG SdT Vdp BdnB
dGT ,P ,w0 BdnB 0 dGT ,P ,w0 BdnB
<自发 =平衡
( gG hH aA dD )d
BBd
B 为计量系数，对产物取正号，反应物取负号。
定时，标准平衡常数KӨ数值一定。
4. 理想气体化学反应等温式是一个桥梁公式。
ΔrGm = RTln
Qp KӨ
状态函数的变化 化学反应平衡常数
二. 平衡常数的表示法
1. 理想气体反应的标准平衡常数
( ) ( ) pC c
pӨ eq
pD d pӨ eq
( ) ( ) KӨ =
pA a pӨ eq
pB b pӨ eq
d 0
BB 0
<自发 (反应方向) =平衡 (反应限度)
化学反应向着化学势降低的方向进行，当反应物化学势与计量系
数乘积的加和等于产物化学势与计量系数乘积的加和时，化学反
应达到平衡。
三、化学势判据与化学反应吉布斯能(ΔrG)的关系
dGT ,p,w0 BBd
(
G
)T , p,w0
BB rG