化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡以后,各物質(zhì)的組成不再變化。因此,在平衡狀態(tài)下測定各物質(zhì)的平衡組成可以確定這一反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。此外,還可以利用反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變△Gθ與標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ之間的關(guān)系式來計(jì)算該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)。
對任一化學(xué)反應(yīng)
aA+bB?dD+eE
根據(jù)熱力學(xué)等溫方程式(1-23),當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí),△G=0,J=kθ,則有
△Gθ=-RTlnKθ=-2.303RTlgKθ (1-25)
lgKθ=-△Gθ/2.303RT (1-26)
式(1-25)和式(1-26)表明了標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ與反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯函數(shù)變△Gθ之間的關(guān)系。這里可以看出,在一定溫度下,△Gθ越大,Kθ越小,反應(yīng)進(jìn)行的程度越小;反之,△Gθ越小,Kθ越大,反應(yīng)進(jìn)行的程度越大。
如果將△Gθ=-RTlnKθ帶入熱力學(xué)等溫方程式,得
△G=-RTlnKθ+RTlnJ
上式可以變?yōu)?nbsp; △G =RTln·J/Kθ
這里,可以將上式與化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)聯(lián)系在一起:
當(dāng)J<Kθ時(shí),反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
當(dāng)J=Kθ時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡。
當(dāng)J>Kθ時(shí),反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。
例1-18 計(jì)算反應(yīng)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)在298K時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)Kθ。
解: △Gθf(NH3)=-16. 4kJ/mol
則反應(yīng)的 △Gθ=2△Gθf(NH3)=-32.8kJ/mol
根據(jù)式(1-25),lgKθ=-△Gθ/2.303RT=(32.8×1000)/(2.303×8.314×298)=5.75
Kθ=5.6×105