化学平衡
什么是化学平衡？
这个是无机化学化学动力学中一个重要的定理——勒夏特列原理（Le Chatelier's principle）。
这个原理可以表达为：“把平衡状态的某一因素加以改变之后，将使平衡状态向抵消原来因素改变的效果的方向移动。” 换句话说，如果把一个处于平衡状态的体系置于一个压力增加的环境中，这个体系就会尽量缩小体积，重新达到平衡。由于这个缘故，这时压力就不会增加得象本来应该增加的那样多。又例如，如果把这个体系置于一个会正常增加温度的环境里，这个体系就会发生某种变化，额外吸收一部分热量。
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度,压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
1.浓度：增加某一反应物的浓度，则反应向着减少此反应物浓度的方向进行，即反应向正方向进行。减少某一生成物的浓度，则反应向着增加此生成物浓度的方向进行，即反应向正方向进行。反之亦然。
2.压强：增加某一气态反应物的压强，则反应向着减少此反应物压强的方向进行，即反应向正方向进行。减少某一气态生成物的压强，则反应向着增加此生成物压强的方向进行，即反应向正方向进行。反之亦然。
3.温度：升高反应温度，则反应向着减少热量的方向进行，即放热反应逆向进行，吸热反应正向进行；降低温度，则反应向着生成热量的方向的进行，即放热反应正向进行，吸热反应逆向进行。
4.催化剂：仅改变反应进行的速度，不影响平衡的改变，即对正逆反应的影响程度是一样的
什么叫化学平衡？
1、化学平衡的根本标志是V(正)=V(逆)：一定条件下的可逆反应：某物质的消耗速率等于该物质的生成速率;说明该反应达平衡。因为反应速率之比等于方程式的系数比。所以要描述一个可逆反应达平衡，两种物质在等号两边，则都为生成速率或都为消耗速率，若两种物质在等号同一侧，必须一个是消耗速率，一个是生成速率，且描述的量之比等于方程式的系数比。
2、一定条件下我们还可以根据其他条件来判断
(一)有气体参加或生成的反应
(1)平均摩尔质量M=m(总)/n(总)
①
如果全为气体：
A：在密闭容器中，如果不是等体积反应：可以说明
B：在密闭容器中，如果是等体积反应：不可以说明
②
若有固体或液体参加反应或生成：
无论是否是等体积反应，其气体的平均摩尔质量M一定，一般可以说明该反应达平衡。
(2)混合气体的平均密度=m(总)/v(总)
①如果全为气体：
A：在恒容的密闭容器中：不可以说明
B：在恒压的密闭容器中：
如果不是等体积反应：能说明；
如果是等体积反应：不能说明
(3)从混合气体的总压强考虑(恒温恒容)
如果不是等体积反应：
能说明
如果是等体积反应：不能说明
(4)若为绝热体系，温度一定，可以说明反应达平衡。
(5)混合气体的颜色一定(某气体有色)，可以说明反应达平衡。
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化学平衡
1.化学反应等温方程式 对任意化学反应dD+eE+…→gG+hH+…,吉布斯自由能的变化为 地球化学 这就是化学反应等温方程式。式中:Qf 称为“逸度商”,可以通过各物质的逸度求算; (T)值也可以通过多种方法计算,从而可得ΔrGm的值。 当体系达到平衡,ΔrGm=0 ,则: 地球化学 称为热力学平衡常数,它仅是温度的函数。在数值上等于平衡时的“逸度商”,是量纲为1的量。因为它与标准化学势有关,所以又称为标准平衡常数。对于理想气体,化学反应等温式也可表示为 地球化学 即: >QP,ΔrGm0,反应向左自发进行; =QP,ΔrGm=0,反应达到平衡。 在实际应用中,会碰到一些经验平衡常数,如Kp、Kx、Kc、Ka 等,其定义分别为 地球化学 地球化学 地球化学 地球化学 上面四式中:p、x、c、a分别表示压力、摩尔分数、体积摩尔浓度、活度。 例1 以黄铁矿和磁铁矿的平衡反应说明平衡常数的计算方法及其意义。列出化学反应方程式,配平方程,加入流体相。由参考文献查得25℃(298K)和 223℃(500K)时各相的 如下(赵伦山等,1988): 地球化学 (1)计算298K时的平衡常数 地球化学 为一高的正值,说明在25℃( )时反应强烈地向左进行,黄铁矿被氧化为磁铁矿。将 值代入化学反应等温方程式求出平衡常数: 地球化学 由于 ,因此,反应进行的方向受O2和S2分压控制。地表条件下 =0.21×105Pa,代入上式求得: 地球化学 计算结果表明,在地表25℃及 =0.21×105Pa条件下反应(3-30)强烈地向左进行,黄铁矿是不稳定的 (磁铁矿也应进一步被氧化)。因为根据平衡常数计算在该条件下为保持磁铁矿-黄铁矿平衡共生,要求 =5×1021Pa,这在地表是不可能出现的条件。 (2)计算 500K时反应 (3-30)的平衡常数 地球化学 求平衡常数: 地球化学 地球化学 用同样方法计算下列反应在223℃时的 : 地球化学 地球化学 表明磁铁矿和镜铁矿的平衡反应只受 控制,在223℃时二者平衡共生时的 =3.54×10-32 Pa。 对反应: 地球化学 地球化学 将以上三个反应(3-30～3-32)联系起来,把后两个反应的平衡 和 代入磁铁矿-黄铁矿反应中有 地球化学 由此得出结论:镜铁矿-磁铁矿和磁黄铁矿-黄铁矿四个矿物不可能同时平衡共生。但是在热液矿脉(223℃)中磁铁矿-黄铁矿的平衡共生是可能的,其形成条件是: =3.54×10-32Pa, >5.25×10-11Pa,反应(3-32)向右进行,或 <3.54×10-32Pa, =5.25×10-11Pa,反应(3-31)向左进行。需要按计算结果提高 或减小 ,即按计算的平衡逸度数值提高 ,这时根据式(3-32),磁黄铁矿不能出现,可能形成黄铁矿-磁铁矿组合含有镜铁矿;或者按平衡逸度值降低 ,则据式(3-31)镜铁矿不出现,形成黄铁矿-磁铁矿组合,含有磁黄铁矿。因此,平衡常数的计算有助于解释矿物共生组合各相和推断其形成条件。 2.温度对平衡常数的影响 温度对平衡常数的影响,可以通过Van't Hoff公式看出,其微分式为 地球化学 对于吸热反应, >0,升高温度, 增加,对正反应有利;对于放热反应, <0,升高温度, 降低,对正反应不利,对逆反应有利。若温度区间不大, 可视为常数,定积分为 地球化学 这公式常用来从已知一个温度下的平衡常数计算另一温度下的平衡常数。若 值与温度有关,则将其关系式直接代入微分式进行积分。 例2 形成硅灰石的化学反应如下: 地球化学 (1)从自由能判据判断标准状态下298K时反应进行的方向 地球化学 所以标准压力下,温度为298K时,反应自发向左进行。 (2)计算标准状态下298K时化学反应的平衡常数 地球化学 (3)计算标准状态下 500K时化学反应的平衡常数 地球化学 假定 不随温度变化,由式(3-34)得 地球化学 (4)估算标准状态下形成硅灰石所需要的最低温度 假定 和 不随温度而变化,则由 得 地球化学 (5)计算二氧化碳的逸度与体系温度的关系,绘制ln( )～T相图由式 (3-34)得 地球化学 因为 ,所以可得 =18.966- ,绘制的 ～T相图见图3-1。由图中可明显看出在标准态压力下,该反应的转化温度近似为550K。 地球化学 —二氧化碳的逸度; —标准态压力(0.1MPa);T—温度;CaCO3—方解石;SiO2—磷石英;]]3—硅灰石;CO2—二氧化碳 3.压力对平衡常数的影响 对于理想气体反应dD+eE+…→gG+hH+…,pB=cBRT, = , = (T)= ,所以 地球化学 即 仅是温度的函数,压力对它没有影响。同理, 也仅是温度的函数,压力对它也没有影响。但是对于Kx ,得 地球化学 由上式可以看出Kx与压力有关,如果 <0,气体分子数减少,加压后反应正向进行,反之亦然。验证了Le chatelier原理:增加压力,反应向气相体积减小的方向进行。 对于复相 (凝聚相+气相)反应,因为压力对凝聚相的体积影响较小,所以一般情况下只考虑气相,式 (3-36)仍然成立。对于只有凝聚相的反应,若凝聚相彼此都处于纯态,则 地球化学 地球化学 例3 以金刚石和石墨的转化为例,已知C(金刚石)和C(石墨)在298.15K时的 分别为2.87kJ·mol-1和0kJ·mol-1。在298.15K和标准压力(0.1MPa)时二者的密度分别为3.513×103 kg·m-3和2.260×103 kg·m-3。 (1)在298.15K和标准压力下,石墨与金刚石哪一个稳定? (2)在298.15K时需要多大的压力才能使石墨转变为金刚石? 解:(1)C (石墨)= C (金刚石) (298.15K)=2.87kJ·mol-1,这说明常温常压下石墨稳定。]] =-ΔVm 地球化学 令ΔGm(P)1.52×109Pa,约为 15000 大气压。这说明在常温高压下,石墨可以转变为金刚石 (图3-2)。 图3-2 常温下石墨-金刚石的转化压力 ΔGm—石墨转化为金刚石的自由能变化;T—温度;P—压力
化学平衡
这样讲：
在化学反应中，化学反应是以分子的有效碰撞进行的，而这些能发生这样碰撞的分子就是活化分子。发生有效碰撞的分子具有一定的能量（它的临界值就叫活化能，超过这个能量临界值，分子可以发生有效碰撞）分子能量的这个抽象概念，你可以理解成分子高速运动下的动能。一定温度下，气体的内能（热能）不变，当温度升高，分子运动的更加剧烈，平均分子动能提高了，超过能量临界得分子数就多了，所讲【温度升高，活化分子数增大】。又因为你的条件只是温度升高，其他的都默认不变，所以【分子总数是不变的】。
希望这么讲你可以理解哦。