化学反应可以同时向正、反两个方向进行,在一定条件下,当正反两个方向的反应速率相等时,反应就达到了平衡状态。不同的系统,达到平衡的时间各不相同,但其共同特点是平衡后系统中各物质的数量不再随时间变化,产物和反应物的数量服从一定的关系,只要外界条件不变,这个状态就不随时间变化。因此化学平衡状态既表明了变化的方向,又体现了变化的限度。
化工生产及与应用有关的化学研究中,人们最关心的问题莫过于化学反应的方向及反应平衡时的转化率,因为它关系到在一定条件下,反应能否按所希望的方向进行,最终能得到多少产物,反应的经济效益如何。在化学发展史上,这一问题曾经长期困扰着人们,而从理论上彻底阐明这一原理的是美国化学家吉布斯。在19世纪的五六十年代,热力学仅处于热机效率的研究阶段,而化学还基本上是一门经验科学,是吉布斯在1874年提出了化学势的概念,并用它来处理多组分多相系统的物质平衡——化学平衡和相平衡问题,进而从理论上根本解决了这一难题,并因此打破了物理与化学两大学科的界限,为物理化学这一理论化学学科的建立奠定了基础。吉布斯在热力学发展史和化学发展史上做出了巨大贡献,可以说是他将热力学引入了化学,使热力学在化学中焕发了强有力的生命力、同时使化学成为一门有理论指导的科学。
本章中将根据热力学第二定律的一些结论来处理化学平衡问题,并将讨论平衡常数的一些测定和计算方法,以及一些因素对化学平衡的影响。