4.3.2化學平衡和标準平衡常數

可逆反應與化學平衡

可逆反應：反應過程是可逆過程的化學反應

可逆反應

明顯的可逆反應在反應物與生成物之間通常用雙向箭頭表示。如果強調可逆程度不同，雙向箭頭的長短可能還會不同，如果：雙向箭頭中向左的較長，向右的較短，意思就是此可逆反應的向右進行的較弱，向左進行的較強。

對于一個反應：

熱力學決定了前進的方向，動力學決定了前進的速度，而化學平衡決定了前進的程度

可逆反應的速率變化

化學平衡的特征

微觀上：正逆反應的速率相等

宏觀上：系統各個物質的量不再發生變化

1）平衡态時，ΔG=0，反應向左或者向右的反應趨勢都是0，所以吉布斯函數變是0。

2）化學平衡是一種動态平衡，υ正=υ逆，平靜的表面下也是化學反應的波濤洶湧。

3）平衡态時，平衡體系的性質不随時間而改變

4）化學平衡是在一定條件下的平衡。一旦條件改變，平衡也随之被打破

5）平衡态的意義：反應進行的最大程度

4.3.2.1标準平衡常數

平衡常數是衡量平衡狀态的一種數量标志，可以用來計算平衡系統中各組分的關系以及反應物的轉化率

化學平衡的定義公式

從定義公式可以看出，标準平衡常數是一個無量綱的物理量，并且标準平衡常數沒有負數，可以無限接近于零。

标準平衡常數和反應商的關系

前面在講到非标準狀态下的吉布斯函數變時，我們曾經講到過反應商的概念，現在我們看下反應商的定義公式。二者公式的内容基本一緻，隻是标準平衡常數是在平衡狀态下的濃度計算出來的，而反應商是所有狀态下都能使用的。

标準平衡常數與反應商

标準平衡常數的特征：

1）不同反應的标準平衡常數的數值不同

2）标準平衡常數越大，代表正反應進行得越徹底（标準平衡常數的意義）

3）标準平衡常數隻随溫度改變而改變，與物質濃度或者分壓力無關

4.3.2.2标準平衡常數的書寫

1）反應式中純固态/純液态物質，其濃度在标準平衡常數中不必列出

如果是水相反應中，水參與了反應，通常要考慮到水的濃度要考慮進去

2）标準平衡常數表達式與化學方程式的書寫形式相對應

标準平衡常數要指定化學反應方程式

3）在相同溫度下，一個平衡可由幾個平衡反應相加（減）得到，則其标準平衡常數等于這個平衡反應的乘積（商）

K3=K1×K2

如果：化學方程式3是由于化學方程式1和化學方程式2相加得到的，那麼化學方程式3的标準平衡常數可以由化學方程式1的标準平衡常數與化學方程式2标準平衡常數的相乘得到。

如果：化學方程式3是由于化學方程式1和化學方程式2相減得到，那麼化學方程式3的标準平衡常數可以由化學方程式1的标準平衡常數與化學方程式2标準平衡常數的相除得到。

标準平衡常數的常用大寫英文字母K表示，這和上一節的速率常數k（這個是小寫）不同。

4.3.2.3标準平衡常數的計算

根據化學平衡的表達式，若已知反應體系中各物質的平衡濃度或者分壓力，就可以求得該反應在某一溫度下的标準平衡常數。或者根據其标準平衡常數，計算某個物質的平衡濃度或分壓力。

平衡轉化率：反應達到平衡時，反應物生成産物的百分率，也叫做最大轉化率，用α表示

分母是反應物總濃度，不是平衡時的反應物濃度

在氣體标準平衡常數的計算中，可以使用克拉白龍方程和道爾頓分壓原理

1）标準狀态下

道爾頓分壓原理與理性氣體狀态方程的并用

這裡涉及到工程化學的一般解題步驟：

首先，寫出化學反應方程式，并且寫出反應物與生成物的起始量（或者叫初始量），可以是物質的量，也可以是質量或者濃度等；其次，寫出這個變化中，各個物質的變化量，增加或者減少了多少，如果增加了就寫成正值，減少了就寫成負值。第三，寫出達到一定階段（比如達到平衡）後，反應中各個物質的現存量，找出其中的等式關系。剩下的就是計算了。

在剛入門時，盡量把這三步中每一步都寫清楚（寫清楚可以減少錯誤率）。當熟練後，可以把第一步或者第二步省略了。

2）與吉布斯函數變的關系(範特霍夫方程）

把熱力學兩個最重要的物理量聯系在了一起

範特霍夫方程中，要注意最後用常用對數與自然對數之間的區分。

舉例：

加氧氧化，其标準平衡常數很大，表明進行的很徹底

脫氫氧化，其标準平衡常數很小，表明進行基本上不進行

計算過程中，用蓋斯定律計算出标準摩爾吉布斯函數變，再根據範特霍夫方程式，計算出标準平衡常數。

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