北京大学药学院：《物理化学 Physical Chemistry》课程教学资源（教学指导）第三章 化学平衡

第三章化学平衡 首页 基本要求 重点难点 讲授学时 内容提要 1基本要求[TOP] 1.1掌握化学平衡的条件。理解化学平衡是一个动态平衡过程,变化是绝对的,平衡是相对的。 1.2掌握化学平衡等温方程式和平衡常数,理解标准平衡常数以及标准平衡常数与化学反应标准反应 吉布斯能变化的关系 1.3理解平衡常数和标准平衡常数的表示法。了解气体反应、液相反应、与气体参加的多相反应的标 准平衡常数表示 1.4掌握平衡常数的测定方法和平衡转化率的计算方法 1.5理解标准状态下反应的吉布斯能变化和化合物的标准吉布斯能。 1.6掌握温度对平衡常数的影响,理解吉布斯能变化随温度的关系。 1.7理解其他因素如压力、配比、惰性气体对平衡的影响。 1.8了解反应的耦合原理和生命体内的平衡过程 2重点难点[TOP] 2.1重点 2.1.1化学平衡的条件的推导和化学平衡位置的确定 2.1.2化学反应等温方程式和标准平衡常数及其方向和限度的判别 2.1.3气体反应、溶液中的反应、复相反应的平衡常数表示和经验平衡常数 2.1.4平衡常数的测定方法和化学反应的限度 2.1.5化合物的标准生成吉布斯能与标准状态下反应的吉布斯能变化 2.1.6吉布斯能变化随温度的关系和温度对平衡常数的影响 2.1.7压力、配比、惰性气体对平衡的影响 2.2难点 2.2.1化学平衡的条件的推导和化学反应等温方程式与反应方向和限度的判别 2.2.2各种平衡常数的表示及相互关系 2.2.3温度对平衡常数的影响 2.2.4压力、配比、惰性气体对平衡的影响

1 第三章 化学平衡 首 页 基本要求 重点难点 讲授学时 内容提要 1 基本要求 [TOP] 1.1 掌握化学平衡的条件。理解化学平衡是一个动态平衡过程，变化是绝对的，平衡是相对的。 1.2 掌握化学平衡等温方程式和平衡常数，理解标准平衡常数以及标准平衡常数与化学反应标准反应 吉布斯能变化的关系。 1.3 理解平衡常数和标准平衡常数的表示法。了解气体反应、液相反应、与气体参加的多相反应的标 准平衡常数表示。 1.4 掌握平衡常数的测定方法和平衡转化率的计算方法。 1.5 理解标准状态下反应的吉布斯能变化和化合物的标准吉布斯能。 1.6 掌握温度对平衡常数的影响，理解吉布斯能变化随温度的关系。 1.7 理解其他因素如压力、配比、惰性气体对平衡的影响。 1.8 了解反应的耦合原理和生命体内的平衡过程。 2 重点难点 [TOP] 2.1 重点 2.1.1 化学平衡的条件的推导和化学平衡位置的确定 2.1.2 化学反应等温方程式和标准平衡常数及其方向和限度的判别 2.1.3 气体反应、溶液中的反应、复相反应的平衡常数表示和经验平衡常数 2.1.4 平衡常数的测定方法和化学反应的限度 2.1.5 化合物的标准生成吉布斯能与标准状态下反应的吉布斯能变化 2.1.6 吉布斯能变化随温度的关系和温度对平衡常数的影响 2.1.7 压力、配比、惰性气体对平衡的影响 2.2 难点 2.2.1 化学平衡的条件的推导和化学反应等温方程式与反应方向和限度的判别 2.2.2 各种平衡常数的表示及相互关系 2.2.3 温度对平衡常数的影响 2.2.4 压力、配比、惰性气体对平衡的影响

3讲授学时[T0P] 建议6~8学时 4内容提要[TOP]第一节第二节第三节第四节第五节第六节 第七节第八节 4.1第一节化学反应的平衡条件[ToP] 4.1.1应用化学势推导化学反应的平衡条件。 当反应物化学势的总和大于产物化学势总和时,反应自发地向右进行。两者相等时,反应达到平衡。 4.1.2化学平衡的化学势判据。 化学平衡的化学势判据为:△1Gm 0G=0或∑vAB=0 4.2第二节化学反应等温方程式和平衡常数[ToP] 4.2.1化学反应等温方程式 化学反应等温方程式为△Gm=-RmK+ RAnge,标准平衡常数为k°(pJ(p 准平衡常数和标准反应吉布斯能的关系为△G°=- RINk° 42.2化学反应方向限度的判别及其计算 当k0>Q时,反应向右自发进行:当K<Qp时,反应向左自发进行;当K6=Q时,反应达 到平衡。 43第三节平常数衡的表示法[TOP] 4.3.1理想气体反应标准平衡常数、理想气体反应经验平衡常数和真实气体反应平衡常数 理想气体反应标准平衡常数K,Kθ,K°,理想气体反应经验平衡常数Kn,K,K。,真实

2 3 讲授学时 [TOP] 建议 6～8 学时 4 内容提要 [TOP] 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 4.1 第一节 化学反应的平衡条件 [TOP] 4.1.1 应用化学势推导化学反应的平衡条件。 当反应物化学势的总和大于产物化学势总和时，反应自发地向右进行。两者相等时，反应达到平衡。 4.1.2 化学平衡的化学势判据。 化学平衡的化学势判据为： r m = 0            = T ,p G G  或 B B 0 B   = 4.2 第二节 化学反应等温方程式和平衡常数 [TOP] 4.2.1 化学反应等温方程式 化学反应等温方程式为 G RT K RT Qp ln ln O r m = − + ，标准平衡常数为 a d g h p p p p p p p p K eq O D eq O A eq O H eq O G O                                 = ，标 准平衡常数和标准反应吉布斯能的关系为 O O rGm = −RTlnK 4.2.2 化学反应方向限度的判别及其计算。 当 K  Qp O 时，反应向右自发进行；当 K  Qp O 时，反应向左自发进行；当 K = Qp O 时，反应达 到平衡。 4.3 第三节 平常数衡的表示法 [TOP] 4.3.1 理想气体反应标准平衡常数、理想气体反应经验平衡常数和真实气体反应平衡常数。 理想气体反应标准平衡常数 O K p ， O Kx ， O Kc ，理想气体反应经验平衡常数 K p ，K ，Kc ，真实

气体反应平衡常数KP,KP=k·K 4.3.2液相反应平衡常数的表示及其计算 理想液态混合物反应平衡常数用kQ表示,稀溶液反应平衡常数常用ke或平衡常数用K表示, 实际溶液用活度表示平衡常数K6。 4.3.3复相反应平衡常数的表示及其计算 简单复相反应的平衡常数可用K表 44第四节平衡常数的测定方法和化学反应的限度[TOP 4.4.1物理方法和化学方法测定化学反应的平衡常数。 物理分析法是通过与浓度或压力有关的物理量的测定计算系统的平衡浓度,其优点在于测定时不干 扰系统的平衡。化学分析方法是直接测定平衡系统中各物质的浓度,测定时必须先设法使反应系统“冻 4.4.2化学反应限度的确定,即平衡组成的计算。 平衡转化率=平衡时某反应物消耗掉的量 100% 反应物的原始量 平衡产率=平衡时转化为指定产物的某反应物的量×09% 某反应物的原始量 45第五节标准状态下反应的吉布斯能变化及化合物的标准生成吉布斯能[TP] 4.5.1标准状态下反应的吉布斯能应用 计算平衡常数;从已知反应求未知反应的标准吉布斯能:估计反应的可能性 计算反应的标准吉布斯能方法有:热化学方法;实验测定;利用标准生成吉布斯能;电化学方法等 4.5.2化合物的标准生成吉布斯能 规定在标准压力下,最稳定单质的吉布斯能为零,由稳定单质生成一摩尔某化合物时反应的标准吉 布斯能变化就是该化合物的标准生成吉布斯能△fG。 用△1Gm计算出反应的△G=∑vB△Gm,g, 用△G计算平衡常数△G=- RINk。 3

3 气体反应平衡常数 O K f ， O O O K f Kp K =  4.3.2 液相反应平衡常数的表示及其计算。 理想液态混合物反应平衡常数用 O Kx 表示，稀溶液反应平衡常数常用 O Kc 或平衡常数用 O Km 表示， 实际溶液用活度表示平衡常数 O Ka 。 4.3.3 复相反应平衡常数的表示及其计算。 简单复相反应的平衡常数可用 O K p 表示。 4.4 第四节 平衡常数的测定方法和化学反应的限度 [TOP] 4.4.1 物理方法和化学方法测定化学反应的平衡常数。 物理分析法是通过与浓度或压力有关的物理量的测定计算系统的平衡浓度，其优点在于测定时不干 扰系统的平衡。化学分析方法是直接测定平衡系统中各物质的浓度，测定时必须先设法使反应系统“冻 结”。 4.4.2 化学反应限度的确定，即平衡组成的计算。 = 100% 反应物的原始量 平衡时某反应物消耗掉的量 平衡转化率= 100% 某反应物的原始量 平衡时转化为指定产物的某反应物的量 平衡产率 4.5 第五节 标准状态下反应的吉布斯能变化及化合物的标准生成吉布斯能 [TOP] 4.5.1 标准状态下反应的吉布斯能应用 计算平衡常数；从已知反应求未知反应的标准吉布斯能；估计反应的可能性。 计算反应的标准吉布斯能方法有：热化学方法；实验测定；利用标准生成吉布斯能；电化学方法等。 4.5.2 化合物的标准生成吉布斯能 规定在标准压力下，最稳定单质的吉布斯能为零，由稳定单质生成一摩尔某化合物时反应的标准吉 布斯能变化就是该化合物的标准生成吉布斯能 O Δf Gm 。 用 O Δf Gm 计算出反应的 O f m B B B O ΔrGm =ν Δ G ， ， 用 O ΔrGm 计算平衡常数 O O rGm = −RTlnK

4.6第六节温度对平衡常数的影响[TOP] 4.6.1化学反应等压方程的微分式 化学反应等压方程为cmk)4 bR2,△HB>0(放热反应),升高温度对反应有利 △H>0(吸热反应),升高温度对反应不利:;△H>0,温度对反应无影响。 4.6.2化学反应等压方程的积分式 若标淮化学反应热A与温度无关时,定积分为hA=4(1-1,不定积分为 R(7T2 h=m+C。若△,H随温度显著变化,先求出A、H-T的积分式,再代入化学反应等压方 程进行第二次积分,得到hK6~T的关系式 47第七节其它因素对平衡的影响[TOP] 4.7.1压力对平衡的影响 压力对气相反应的Kx有影响,即影响反应的平衡组成。当A>0时,若p增大,则Kx减小,增 加压力对体积变大的反应不利;当Δ<0时,若p增大,则Kx增大,增加压力对体积变小的反应有利 当△v=0时,对平衡无影响 压力对凝聚相反应的影响不大 4.7.2惰性气体对平衡的影响 当总压一定时,惰性气体的存在实际上起了稀释作用,它和减少反应系统总压的效果相同。 48第八节反应的耦合[TOP] 4.8.1反应耦合原理 系统中发生两个化学反应,若一个反应中的产物在另一个反应中是反应物之一,则称这两个反应是 耦合反应。耦合反应的意义是影响反应平衡位置,使不能进行的反应经过耦合后得以进行 4.8.2生物体内的化学平衡简介 生物体内的生化反应中有大量反应耦合的例子。研究生命系统中的能量关系,是生物能力学

4 4.6 第六节 温度对平衡常数的影响 [TOP] 4.6.1 化学反应等压方程的微分式 化学反应等压方程为 2 O r m O ln RT H T K p  =           ， 0 O rHm  （放热反应），升高温度对反应有利； 0 O rHm  （吸热反应），升高温度对反应不利； 0 O rHm  ，温度对反应无影响。 4.6.2 化学反应等压方程的积分式 若标准化学反应热 O rHm 与温度无关时，定积分为         −  = 1 2 O r m O 1 O 2 1 1 ln R T T H K K ，不定积分为 C RT H K +  = − O O r m ln 。若 O rHm 随温度显著变化，先求出 H ~ T O r m 的积分式，再代入化学反应等压方 程进行第二次积分，得到 K ~ T O ln 的关系式。 4.7 第七节 其它因素对平衡的影响 [TOP] 4.7.1 压力对平衡的影响 压力对气相反应的 Kx有影响，即影响反应的平衡组成。当 ν ＞0 时，若 p 增大，则 Kx减小，增 加压力对体积变大的反应不利；当 ν ＜0 时，若 p 增大，则 Kx增大，增加压力对体积变小的反应有利； 当 ν ＝0 时，对平衡无影响。 压力对凝聚相反应的影响不大。 4.7.2 惰性气体对平衡的影响。 当总压一定时，惰性气体的存在实际上起了稀释作用，它和减少反应系统总压的效果相同。 4.8 第八节 反应的耦合 [TOP] 4.8.1 反应耦合原理 系统中发生两个化学反应，若一个反应中的产物在另一个反应中是反应物之一，则称这两个反应是 耦合反应。耦合反应的意义是影响反应平衡位置，使不能进行的反应经过耦合后得以进行。 4.8.2 生物体内的化学平衡简介 生物体内的生化反应中有大量反应耦合的例子。研究生命系统中的能量关系，是生物能力学