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化学平衡(英语:Chemical equilibrium)是指在宏观条件的可逆反应中,化学反应正逆反应速率相等,且反应物浓度和生成物浓度不再改变的状态。
化学平衡平衡类型上级分类平衡 (物理学)、化学稳态
化学平衡也是化学热力学的主要研究内容。
目录
1 化学平衡的特征
2 化学平衡的判断
2.1 直接标志
2.2 间接标志
2.3 热力学
3 化学平衡反应的种类以及示例
4 平衡混合物
5 参见
化学平衡的特征
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当一个化学反应达到化学平衡后,需要外部变因恒定才能保持此平衡状态。如果外部变因有所改变,此平衡状态将被打破,反应将往另外一个平衡状态进行。根据勒沙特列原理,当一个已达平衡的系统被变动,该系统会随之改变,以抗衡该变动。
逆:化学平衡存在于可逆反应中。
等:正反应与逆反应速率相等。
动:化学平衡是一种动态平衡,也就是说,虽然宏观下物质的量不再改变,但实际微观上是物质不断反应与生成。
定:宏观下反应物与生成物的物质的量恒定不再改变。
变:条件改变,化学平衡就可能移动。
闭:一个化学平衡只存在于一个闭合系统,没有物质的进入或离开。
化学平衡的判断
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直接标志
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正逆反应速率相等
反应物与生成物物质的量不再改变
间接标志
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反应前后气体体积不同的反应,气体体积不发生改变。
如反应
N
2
(
g
)
+
3
H
2
(
g
)
↔
2
N
H
3
(
g
)
{\displaystyle \mathrm {N_{2}} (g)+\mathrm {3H_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2NH_{3}} (g)}
,若其体积不发生改变,则说明已经达到平衡。
反应物和生成物颜色不同的反应,混合物的颜色不发生改变。
如反应
2
N
O
2
(
g
)
{\displaystyle \mathrm {2NO_{2}} (g)}
(红棕色)
↔
N
2
O
4
(
g
)
{\displaystyle \leftrightarrow \mathrm {N_{2}O_{4}} (g)}
(无色),若混合气体颜色不发生改变,则说明已经达到平衡。
反应前后气体体积不同的反应,气体密度不发生改变。
如反应
2
S
O
2
(
g
)
+
O
2
(
g
)
↔
2
S
O
3
(
g
)
{\displaystyle \mathrm {2SO_{2}} (g)+\mathrm {O_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2SO_{3}} (g)}
,若混合气体密度不发生改变,则说明已经达到平衡。
反应体系的热量不再发生变化。
如反应
N
2
(
g
)
+
3
H
2
(
g
)
↔
2
N
H
3
(
g
)
−
Q
{\displaystyle \mathrm {N_{2}} (g)+\mathrm {3H_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2NH_{3}} (g)-Q}
,若混合气体不放热或吸热,则说明反应已经达到平衡。
热力学
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判断化学反应是否平衡,还可使用此式判断
ΔrGm=ΣνΑμΑ=0
其中,μA是指反应中A物质的化学势。也就是说,化学反应达到平衡状态,意味着生成物的吉布斯自由能G达到最小。理论上来讲,对于产物已知的化学反应,应用吉布斯最小自由能法,结合反应物和生成物的热力学数据,就可以计算出平衡产物。
化学平衡反应的种类以及示例
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1.一般化学平衡(可逆反应)
平衡示例:
C
l
2
(
g
)
+
H
2
O
(
l
)
⇌
H
C
l
(
a
q
)
+
H
C
l
O
(
a
q
)
{\displaystyle \mathrm {Cl_{2}} (g)+\mathrm {H_{2}O} (l)\rightleftharpoons \mathrm {HCl} (aq)+\mathrm {HClO} (aq)}
2.溶解平衡
平衡示例:
C
O
2
(
g
)
⇌
C
O
2
(
a
q
)
{\displaystyle \mathrm {CO_{2}} (g)\rightleftharpoons \mathrm {CO_{2}} (aq)}
3.沉淀平衡
平衡示例:
A
g
+
(
a
q
)
+
C
l
−
(
a
q
)
⇌
A
g
C
l
(
s
)
{\displaystyle \mathrm {Ag^{+}} (aq)+\mathrm {Cl^{-}} (aq)\rightleftharpoons \mathrm {AgCl} (s)}
4.电离平衡
平衡示例:
弱酸:
3
H
F
⇌
H
2
F
+
+
H
F
2
−
{\displaystyle \mathrm {3HF\rightleftharpoons H_{2}F^{+}+HF_{2}^{-}} }
弱碱:
N
H
3
+
H
2
O
⇌
N
H
4
+
+
O
H
−
{\displaystyle \mathrm {NH_{3}+H_{2}O\rightleftharpoons NH_{4}^{+}+OH^{-}} }
H
2
O
:
2
H
2
O
⇌
H
3
O
+
+
O
H
−
{\displaystyle \mathrm {H_{2}O:2H_{2}O\rightleftharpoons H_{3}O^{+}+OH^{-}} }
平衡混合物
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体系处于平衡状态时,反应物和生成物的混合物称为平衡混合物。
参见
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热化学
可逆反应
正反应
逆反应
化学平衡常数
浓度商
转化率
勒沙特列原理
等效平衡