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下面
我们讨论另一个重要的
平衡判据
化学反应平衡
我们已经熟知
化学反应
可以用化学计量方程的形式给出
其中
Ci代表参与化学反应的组分i
而前面的系数nu_i
则为化学计量数
我们规定
反应物的化学计量数为负
而产物的化学计量数为正值
那么比如说
对于氢气在氧气中充分燃烧
生成水的反应
我们知道
对于反应物氢气和氧气而言
化学计量数分别为-2和-1.
而对于产物水
那么化学计量数为2
依据物质转化约束条件
组分i摩尔数的变化
与其对应的化学计量数之比
一定要相等
我们定义其为化学反应进度δε
在这里我需要强调一点
我们在本科阶段学习化学反应时
需要将反应物和产物
所处的相态标记在反应方程式中
这主要与我们选择标准态
进行计算而相关
后面
在化学反应平衡计算的章节中
我们会重点介绍
而在这里
我们没有强调
反应物和产物所处的相态
这是一个普遍化的关系式
对于多相体系也是成立的
对于化学反应而言
反应物和产物均发生了变化
那么哪些因素是保持不变的呢
也就是说
我们需要确定的边界条件
是什么呢
一般情况下
我们会选择反应温度
和反应压力恒定
因为温度和压力
是我们在做实验的时候
最容易控制的变量
在这种情况下
我们知道
平衡条件一定是系统的
Gibbs自由能最低
而在这里
我不控制温度和压力
而是选择控制系统的
熵和体积保持恒定
这时
所对应的系统平衡条件
应该是系统的内能最低
我们先给出内能的基本关系式
显然在恒定熵
和恒定体积条件下
熵变和体积变化均为0
而对于系统中
各个组分摩尔数的变化
则没有任何的约束条件
当系统达到平衡时
系统内能变化为0
前面给出了
系统中反应物与反应产物
摩尔数变化与反应进度
和化学计量数之间的关系
两者联立
即可得到这个的表达式
因为化学反应进度不能恒为0
为了保证内能的变化恒为0
只有需要前面的系数恒为0
这就是在等熵等体积条件下
化学反应平衡条件
我们可以看出
这个判据
和我们在等温等压条件下的判据
是完全一致的
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