化学平衡

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化学平衡英语Chemical equilibrium)是指在宏观条件一定的可逆反应中,化学反应正逆反应速率相等,反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态。可用ΔrGmνΑμΑ=0判断,μA是反应中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。

化学反应不一定都能达到平衡状态,如纯化学反应物之间生成纯的产物就无法达到平衡,直到反应物耗完为止。理论上讲,任何化学反应都是可逆反应,只不过对于平衡常数非常大的化学反应,由于反应进行得很彻底,就认为该反应不可逆。

在不同的条件(浓度、温度、压强等)下,化学平衡能保持不同的平衡關係(濃度等)。一个化学反应达到化学平衡后,如果条件(浓度、温度、压强等)发生变化,平衡将被打破,直至达成新的平衡。根据勒夏特列原理,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。

内容[编辑]

化学平衡是化学热力学的重要组成部分。主要讨论:

  1. 化学反应的热效应热化学
  2. 化学反应的方向
  3. 化学反应的限度
  4. 各种外界因素对化学平衡的影响
  5. 平衡所需要之時間

化學平衡的特徵[编辑]

  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恒定不再改變。
  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。

化学平衡反应的种类以及示例[编辑]

1.一般化学平衡(可逆反应)

  • 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.沉淀平衡

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

4.电离平衡

  • 平衡示例:
    • 弱酸: \mathrm{ 3HF \rightleftharpoons H_2F^+ + HF_2^-}
    • 弱碱: \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[编辑]

直接標誌[编辑]

  • 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[编辑]

  • 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)} + 3H_{2(g)} \leftrightarrow 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2NO_{2(g)}(红棕色)\leftrightarrow 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2SO_{2(g)} + O_{2(g)} \leftrightarrow 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)} + 3H_{2(g)} \leftrightarrow 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。

參見[编辑]