岳可芬 趙爽 王小芳

(西北大學化學與材料科學學院 陜西西安 71006)

最近，我院對教育部高等學?；瘜W與化工學科教學指導委員會為化學類專業(yè)本科教學制定的2010.2版本“化學類專業(yè)化學教學基本內(nèi)容”的完成情況進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)有關化學平衡、標準平衡常數(shù)及化學平衡等溫式在大一普通化學、大二物理化學中均有涉及[1-2]。另外，化學平衡和化學平衡移動原理也是高中化學中的重點和難點[3]。

作為物理化學的重要組成部分[4]，化學平衡主要研究化學反應進行的程度以及影響化學平衡的因素，其一系列規(guī)律不僅在化學基礎理論中占有極重要的地位，而且在實踐中具有指導意義。在物理化學課程中講授的內(nèi)容不是對已有知識的簡單重復，而是對已有知識的提高、深化。在講授時應重點解決以下幾方面的內(nèi)容。

1 van′t Hoff等溫方程的推導

根據(jù)物理化學課程前章所學化學勢推導出化學反應的van′t Hoff等溫式，即:

(1)

(2)

式(1)和式(2)在普通化學中只是提到和應用，沒有推導。

通過K?與Q的相對大小判斷化學反應的方向和限度，實質(zhì)仍然是熱力學第二定律中通過ΔrGm的正負號(即化學勢的相對大小)判斷化學反應的方向和限度?；瘜W勢的概念及其應用在物理化學中是第一次涉及，前行課程中均未提及。式(1)的推導也算是化學勢在化學反應中的應用。

2 非均相體系平衡常數(shù)與活度

關于化學平衡的計算，除理想均相體系的平衡常數(shù)與熱力學狀態(tài)函數(shù)的相互求算、平衡常數(shù)及相關的平衡轉(zhuǎn)化率的計算外，對非均相體系平衡常數(shù)的求算或由此求算活度等也是很有意義的[5]。

例題1求下列非均相反應在298K，標準壓力p?下的平衡常數(shù)[5]：

2Ag(s)+Hg2Cl2(aq)=2AgCl(aq)+2Hg(l)

(Ⅰ)

已知Hg2Cl2(s)和AgCl(s)在水中的飽和濃度分別為6.5×10-7mol·dm-3和1.3×10-5mol·dm-3，其標準摩爾生成Gibbs自由能分別為-210.66kJ·mol-1和-109.72kJ·mol-1。設溶液為理想溶液。

2Ag(s)+Hg2Cl2(c?)=2AgCl(c?)+2Hg(l)

(Ⅱ)

所以有:

可見，利用標準摩爾生成Gibbs自由能、化學勢等熱力學函數(shù)計算平衡常數(shù)是物理化學的優(yōu)勢。

3 外界條件對化學平衡的影響

在高中化學、大一普通化學中均談到Le Chatelier原理，但都只有定性討論而沒有或少有定量計算。因此，物理化學中講外界條件對化學平衡的影響時，應側(cè)重于外界條件的改變對化學平衡移動的定量討論。

3.1 溫度對化學平衡的影響

若參加反應的物質(zhì)均處于標準態(tài)，根據(jù)物理化學中的Gibbs-Helmholtz方程，則有：

(3)

(4)

(5)

大一普通化學中未提到式(3)，僅用式(5)做一些計算[1]。而在物理化學中很自然引出式(3)，進一步可推導出式(4)和式(5)[2]。

3.2 壓力和惰性氣體對化學平衡的影響

當參加反應的物質(zhì)都是理想氣體，體系總壓力為p，體系達平衡時，有：

(6)

(7)

總之，通過學習物理化學中的化學平衡章節(jié)，要求學生不僅能定性地判斷化學反應方向、化學平衡移動的方向，而且能定量地計算化學反應進行的程度及化學平衡移動的程度，解決實際工作中遇到的問題。

[1] 史啟禎.無機化學與化學分析.北京:高等教育出版社,1998

[2] 傅獻彩,沈文霞,姚天揚,等.物理化學(上冊).第5版.北京:高等教育出版社,2006

[3] 汪毅.化學教與學,2010(4):44

[4] 張志紅,趙秀峰.大學化學,2010,25(2):60

[5] 韓德剛,高執(zhí)棣,高盤良.物理化學.北京:高等教育出版社,2001