化学反应等温式相关知识

发布网友发布时间：2024-10-15 03:36

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热心网友时间：2024-12-12 21:56

化学反应自发进行的方向与反应体系中各物质的活度状态密切相关。使用ΔrGm（标准反应自由能变化）只能判断在标准态下（即各物质活度为1）反应自发进行的方向。当反应体系中物质的活度为任意人为选定值时，需要通过ΔrGm与活度系数的关系来判断自发性，即ΔrGm=ΔrGm + R_tlnJa。其中，R为气体常数（8.314 J·K^-1·mol^-1），T为温度，Ja表示体系在等温状态下，产物活度系数的比值与反应物活度系数的比值。

对于气体反应，活度aB=PB/PB代表物质B的分压，P为标准压力（10⁵Pa）。对于溶液中的反应，利用活度代替浓度。等温方程式可以用于求算在指定温度（TK）下任意活度配比下的ΔrGm，判断该条件下的反应自发性。在平衡状态时，ΔrGm=0，即Ja=Ka，等温方程变为ΔrGm=－RtlnKa。

进一步，将平衡常数Ka代入可得ΔrGm=－RTlnKn+RtlnJa，表明非平衡时化学反应自由能变化与平衡常数的关系。热力学平衡常数Ka是无量纲量，数值与实验测得的平衡常数Kc、Kp一致。

根据活度商Ja与平衡常数Ka的比较，可以判断反应方向：
- Ja=Ka时，ΔrGm=0，反应达到平衡。
- Ja>Ka时，ΔrGm>0，反应不能自发进行。
- Ja<Ka时，ΔrGm<0，反应自发进行。

若仅考虑产物活度，ΔrGm值更小（远小于零），反应更易进行。实际应用中，ΔrGm可判断反应方向，ΔrGm<0表明正向进行。当ΔrGm值不大时，活度对反应方向影响显著。

Gibbs-Helmholtz公式描述了体系自由能、焓和熵的关系：G=H-TS。对反应而言，由状态1到状态2，G1=H1-TS1，G2=H2-TS2。差值ΔG=ΔH-TΔS，表明ΔG在温度改变时显著变化。因此，使用298.15K的ΔH和ΔS近似计算任意温度下的ΔG。四种反应类型根据ΔrH和ΔrS的符号不同，分为自发进行或非自发进行的情况。

总结，通过等温方程、平衡常数和Gibbs-Helmholtz公式，可以判断化学反应的自发性、平衡状态及反应方向，同时考虑活度变化对反应的影响。应用包括反应方向判断、平衡温度计算、化合物溶解性和稳定性分析以及化合物合成的指导。温度对化学平衡的影响表明ΔrHm的正负号决定了平衡常数Ka随温度的变化趋势，温度升高时，ΔrHm<0的反应Ka减小，反之增大。