化学反应与平衡

Answer 1

设体系中仅有一个独立的化学反应发生，该化学反应可表示为：

水文地球化学

式中：ν_A、ν_B为反应物A、B的化学计量数：ν_C、ν_D为生成物C、D的化学计量数。

当在等温等压条件下由于反应（2-1-9）的进行，使A、B物质分别消耗了ν_A×dξ和ν_B×dξ，所形成C、D物质的量分别为ν_C×dξ和ν_D×dξ时。根据式（2-2-5），体系的自由能变化为：

水文地球化学

或

水文地球化学

Lewis和Randall把称为化学反应的自由能变化（登比，1985），并记为ΔG_R，这样：

水文地球化学

根据式（2-1-1）的平衡判据可知，在等温等压条件下，当化学反应（2-1-9）达到平衡状态时有：

水文地球化学

而

水文地球化学

则表示化学反应（2-1-9）能够正向自发进行。

把式（2-1-9）代入式（2-1-11）可得：

水文地球化学

令

水文地球化学

并称其为反应（2-1-9）的标准Gibbs自由能，则有：

水文地球化学

定义

水文地球化学

当反应（2-1-9）处于平衡状态时，ΔG_R=0、Q等于平衡常数K，故由式（2-1-16）有：

水文地球化学

把式（2-1-17）、（2-1-18）代入式（2-1-16）可得任意条件下反应的自由能变化为：

水文地球化学

由式（2-1-19）可知，当Q/K＜1（即Q＜K）时，ΔGR＜0，反应（2-1-9）将正向自发进行；当Q/K＞1（即Q＞K）时，ΔG_R＞0，反应（2-1-9）将逆向自发进行；当Q/K=1（即Q=K）时，ΔG_R=0，反应（2-1-9）处于平衡状态。