文档介绍：第五章化学平衡
内容提要
上一章介绍的反应速率、化学反应机理以及催化反应
等问题属于化学动力学的范畴,主要是讨论化学问题的现
实意义以及如何实现。在第三章中介绍的化学反应的热效
应与方向则属于化学热力学的范畴,下面将要讨论的化学
平衡问题也属于这个范畴。化学平衡主要包括溶液电离、
沉淀溶解、氧化还原、配位离解等四大平衡。
本章中仅介绍有关化学反应进行的限度、平衡的移动
与化学反应物的转化等基础知识。通过学习,可进一步丰
富热力学的有关知识,从而形成完整的热力学体系,使我
们能够更好的解决化学问题。
本章基本要求
1、掌握化学平衡的概念,平衡常数的物理意义。
2、掌握有关化学平衡的计算,化学平衡与△G、
△Gθ的关系
3、掌握化学平衡移动原理、应用及其推导。
5-1 化学平衡状态
5-1-1 化学反应的可逆性
某温度下,将一定量的PCl5(g)放入一个密闭容器中,一段时间后,容器中既有PCl5(g),也有PCl3(g)和Cl2(g)。同样,将一定量的PCl3(g)和Cl2 (g) 放入一个密闭容器中,一段时间后,容器中也会有PCl5(g)存在。体系所发生的反应可表示为:
(5-1)
这样的例子还很多,一个化学反应,在相同条件下,如果既能够从左向右进行、也能够从右向左进行,则称之为可逆反应(reversible reaction),化学反应的这种性质称之为化学反应的可逆性
(reversibility of chemical reaction)。通常将
从左向右进行的反应称之为正反应,从右向左
进行的反应称之为逆反应。
看这样一个例子,
N2O4放入1L密闭容器内,立即出现红棕色。这
是因部分N2O4转化为2NO2。
当反应进行某个时刻,[N2O4]不再减少(·L-1),
[NO2]不再增加了(·L-1),显然这是因为同
时存在着2NO2→N2O4的反应,这样的反应就是一
个典型的可逆反应,表示为:
注意:符号“”表示反应的可逆性(reversibility)
一般来说,任何反应都有一定的可逆性(热
力学上假定所有的化学反应都是可逆的),但是
不同的化学反应可逆性程度差别很大.
比如:
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) 可逆程度大
Ag+ + I- AgI↓可逆程度小
可逆程度小
对同一反应在不同反应条件下,表现的可
逆性也不相同,在后面的讨论中,我们将会知
道如何利用平衡常数去描述、判断化学反应的
可逆性。有些逆反应的倾向小到几乎不能觉察,
从而认为是不可逆的(no reversible)。例如
反应的可逆性是绝对的,而不可逆则是相对的。
5-1-2 什么是化学平衡
在式(5-1)这一类可逆反应中,总会出现这样
的情况,体系既没有向正向进行的自发性又没有
向逆向进行的自发性(正逆反应的推动力相等),
此时体系所处的状态称之为化学平衡(Chemical
equilibrium)。在化学平衡状态时,各组分的浓
度称之为平衡浓度,记为[i]。
化学平衡是可逆反应非常重要的特性,它具
有以下的特点;
只有体系在封闭恒温条件下(即温度、压强等
外界条件不变)进行的可逆反应才能建立化学平
衡,这是建立化学平衡的前提。
(2) 正、逆反应速度相等(反应向左、向右进行的
推动力相等)是平衡建立的条件。
(3) 平衡状态是可逆反应进行的最大限度,此时各
组分物质的浓度或者分压不再随时间而改变,这
是反应达到平衡的标志。