傅獻彩物理化學電子教桉課件第五版06章_化學平衡6.1化學平衡的基本概念化學平衡是物理化學中的重要概念，它描述了在一定條件下，可逆反應達到動態(tài)平衡時，反應物和物濃度之間的關系。當一個可逆反應的正反應速率等于逆反應速率時，系統達到化學平衡狀態(tài)。此時，宏觀上反應似乎停止，但微觀上反應仍在持續(xù)進行，只是正逆反應速率相等，各物質的濃度保持不變。1.動態(tài)性：平衡狀態(tài)下，正逆反應仍在進行，但速率相等2.可逆性：平衡可以通過改變條件而移動3.恒定性：平衡時各物質的濃度保持恒定4.條件性：平衡狀態(tài)與溫度、壓力等外界條件密切相關6.2化學平衡的熱力學基礎從熱力學角度分析，化學平衡是系統達到吉布斯自由能最小的狀態(tài)。對于任意化學反應：aA+bB?cC+dD在恒溫恒壓條件下，反應的吉布斯自由能變化可表示為：ΔG=ΔG°+RTlnQ其中，ΔG°為標準吉布斯自由能變化，Q為反應商。當反應達到平衡時，ΔG=0，此時Q=K（平衡常數），因此：ΔG°=RTlnK這一關系式將熱力學量與平衡常數聯系起來，為化學平衡的定量研究提供了理論基礎。平衡常數K是表征化學平衡狀態(tài)的重要物理量，它反映了反應進行的程度和方向。6.3平衡常數的表達式與意義平衡常數K是化學平衡狀態(tài)的特征常數，對于上述一般反應，其平衡常數表達式為：K=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b1.數值意義：K值大小反映了反應進行的程度。K值越大，表示平衡時物濃度越大，反應進行得越完全；K值越小，表示反應物濃度越大，反應進行得越不完全。2.方向判斷：通過比較反應商Q與平衡常數K的關系，可以判斷反應進行的方向：當Q<K時，反應正向進行當Q=K時，反應處于平衡狀態(tài)當Q>K時，反應逆向進行3.熱力學聯系：平衡常數與標準吉布斯自由能變化的關系ΔG°=RTlnK，將宏觀熱力學量與微觀平衡狀態(tài)聯系起來，為反應自發(fā)性的判斷提供了理論依據。6.4平衡常數的類型6.4.1濃度平衡常數（Kc）對于溶液中的反應，通常用濃度平衡常數Kc表示。對于反應aA+bB?cC+dD：Kc=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b其中，各物質的濃度單位為mol·L?1。Kc的數值與溫度有關，而與濃度、壓力等條件無關。6.4.2壓力平衡常數（Kp）對于氣相反應，常用壓力平衡常數Kp表示。若各氣體分壓分別為p_A、p_B、p_C、p_D，則：Kp=(p_C)^c(p_D)^d/(p_A)^a(p_B)^b其中，分壓單位通常用atm或Pa表示。Kp與Kc之間存在如下關系：Kp=Kc(RT)^Δn其中，Δn=(c+d)(a+b)，為反應前后氣體分子數的變化量；R為氣體常數，T為絕對溫度。6.4.3標準平衡常數（K°）標準平衡常數K°是在標準狀態(tài)下定義的平衡常數，對于氣相反應，各物質用相對分壓（p/p°）表示；對于溶液反應，各物質用相對濃度（c/c°）表示。其中p°=1atm（或101.325kPa），c°=1mol·L?1。標準平衡常數的優(yōu)點是其數值與所選單位無關，具有更廣泛的應用價值。6.5影響化學平衡的因素6.5.1溫度對平衡的影響溫度是影響化學平衡的重要因素。根據范特霍夫方程：d(lnK)/dT=ΔH°/(RT2)其中，ΔH°為反應的標準焓變。由此可得：對于吸熱反應（ΔH°>0），溫度升高，K值增大，平衡向物方向移動對于放熱反應（ΔH°<0），溫度升高，K值減小，平衡向反應物方向移動6.5.2壓力對平衡的影響對于氣相反應，壓力的變化會影響平衡組成。根據勒夏特列原理：當壓力增大時，平衡向氣體分子總數減少的方向移動當壓力減小時，平衡向氣體分子總數增加的方向移動對于Δn=0的反應，壓力變化不影響平衡組成6.5.3濃度對平衡的影響改變反應物或物的濃度會使平衡發(fā)生移動，但不會改變平衡常數的數值。增加反應物濃度或減少物濃度，平衡向物方向移動；反之，平衡向反應物方向移動。6.6化學平衡的應用化學平衡原理在工業(yè)生產和科學研究中具有廣泛應用。在工業(yè)合成氨反應中，通過控制溫度、壓力和原料配比等條件，使平衡向有利于氨的方向移動，提高產率。在酸堿平衡、沉淀溶解平衡、配位平衡等體系中，平衡常數的計算為溶液組成的定量分析提供了理論基