化學平衡

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化學平衡英語Chemical equilibrium)是指在宏觀條件一定的可逆反應中,化學反應正逆反應速率相等,反應物和生成物各組分濃度不再改變的狀態。可用ΔrGmνΑμΑ=0判斷,μA是反應中A物質的化學勢。也就是說,化學反應達到平衡狀態,意味著生成物的吉布斯自由能G達到最小。理論上來講,對於產物已知的化學反應,應用吉布斯最小自由能法,結合反應物和生成物的熱力學數據,就可以計算出平衡產物。

化學反應不一定都能達到平衡狀態,如純化學反應物之間生成純的產物就無法達到平衡,直到反應物耗完為止。理論上講,任何化學反應都是可逆反應,只不過對於平衡常數非常大的化學反應,由於反應進行得很徹底,就認為該反應不可逆。

在不同的條件(濃度、溫度、壓強等)下,化學平衡能保持不同的平衡關係(濃度等)。一個化學反應達到化學平衡後,如果條件(濃度、溫度、壓強等)發生變化,平衡將被打破,直至達成新的平衡。根據勒沙特列原理,如一個已達平衡的系統被改變,該系統會隨之改變來抗衡該改變。

內容[編輯]

化學平衡是化學熱力學的重要組成部分。主要討論:

  1. 化學反應的熱效應熱化學
  2. 化學反應的方向
  3. 化學反應的限度
  4. 各種外界因素對化學平衡的影響
  5. 平衡所需要之時間

化學平衡的特徵[編輯]

  1. 逆:化學平衡存在於可逆反應中。
  2. 等:正反應與逆反應速率相等。
  3. 動:化學平衡是一種動態平衡,也就是說,雖然宏觀下物質的量不再改變,但實際上是物質不斷反應與生成。
  4. 定:宏觀下反應物與生成物的物質的量恆定不再改變。
  5. 變:條件改變,化學平衡就可能移動。
  6. 閉:一個化學平衡只存在於一個閉合系統,沒有物質的進入或離開。

化學平衡反應的種類以及示例[編輯]

1.一般化學平衡(可逆反應)

  • 平衡示例:
    • \mathrm{Cl_{2(g)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons HCl_{(aq)} + HClO_{(aq)}}

2.溶解平衡

  • 平衡示例:
    • \mathrm{CO_{2(g)} \rightleftharpoons CO_{2(aq)}}

3.沉澱平衡

  • 平衡示例:
    • \mathrm{Ag^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} \rightleftharpoons AgCl_{(S)}}

4.電離平衡

  • 平衡示例:
    • 弱酸: \mathrm{ 3HF \rightleftharpoons H_2F^+ + HF_2^-}
    • 弱鹼: \mathrm{ NH_3+H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-}
    •  \mathrm{ H_2O: 2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-}

化學平衡的標誌[編輯]

直接標誌[編輯]

  • 正逆反應速率相等
  • 反應物與生成物物質的量不再改變

間接標誌[編輯]

  • 反應前後氣體體積不同的反應,氣體體積不發生改變。
    • 如反應N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \leftrightarrow 2NH_{3(g)},若其體積不發生改變,則說明已經達到平衡。
  • 反應物和生成物顏色不同的反應,混合物的顏色不發生改變。
    • 如反應2NO_{2(g)}(紅棕色)\leftrightarrow N_{2}O_{4(g)}(無色),若混合氣體顏色不發生改變,則說明已經達到平衡。
  • 反應前後氣體體積不同的反應,氣體密度不發生改變。
    • 如反應2SO_{2(g)} + O_{2(g)} \leftrightarrow 2SO_{3(g)},若混合氣體密度不發生改變,則說明已經達到平衡。
  • 反應體系的熱量不再發生變化。
    • 如反應N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \leftrightarrow 2NH_{3(g)} - Q,若混合氣體不放熱或吸熱,則說明反應已經達到平衡。

參見[編輯]