化学平衡

化学平衡

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此条目的主题是描述化学平衡。关于其他领域的平衡,请见“平衡 (消歧义)”。

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

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