知识讲解 化学平衡状态 基础

化学平衡状态

编稿：宋杰审稿:张灿丽

【学习目标】

1、了解化学平衡建立的过程，知道化学平衡常数的含义；

2、理解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数计算反应物的转化率。

【要点梳理】

要点一、化学平衡状态

1．溶解平衡的建立。

在一定温度下，当把蔗糖晶体溶解于水时，一方面蔗糖分子不断离开蔗糖表面扩散到水中；另一方面，溶解在水中的蔗糖分子不断地在未溶解的蔗糖表面聚集成晶体，当这两个相反过程的速率相等时，蔗糖的溶解达到最大限度，即形成了饱和溶液，此时，我们说蔗糖达到了溶解平衡。

在溶解平衡状态下，溶解和结晶的过程并没有停止，只是速率相等罢了，故溶解平衡是一种动态平衡。

2．可逆反应。

（1）定义：在同一条件下，既能向正反应方向进行同时又能向逆反应方向进行的反应叫做可逆反应，用”表示。

要点诠释：①在可逆反应中，把由反应物到生成物的反应叫正反应：把由生成物到反应物的反应叫逆反应。

②在同一条件下，不能同时向两个方向进行的反应叫不可逆反应。不可逆反应是相对的，可逆反应是绝对的。在一定条件下，几乎所有的反应均可以看做是可逆反应。

③必须是“同一条件”。在不同条件下能向两个方向进行的反应，不能称作可逆反应。

④同一化学反应在不同条件下可能为可逆反应或不可逆反应。如敞口容器中，

CaCO3 (s) 高温

CaO (s)+CO2

↑，反应产生的气体可及时脱离反应体系，反应不可逆；密闭容器中，CaCO3 (s) CaO (s)+CO2，反应产生的气体不写“↑”，气体物质不能从反应体系中逸出，与各反

应物共存，反应可逆。又如2H2+O22000C

2H2O。

（2）重要的可逆反应：如盐的水解、酯的水解、2SO2+O2催化剂

加热2SO3、N2+3H2催化剂

高温高压2NH3等。

3．化学平衡的建立。

对于可逆反应a A (g)+bB (g) cC (g)+dD (g)，若开始加入反应物，此时A和B的浓度最大，因而反应速率最大，由于C、D浓度为零，故此时逆反应速率为零，随着反应的进行，反应物浓度不断减少，生成物浓度不断增加，v正不断减小，v逆不断增大。当反应进行到某一时刻时v正=v逆，这时反应就达到了平衡，这个过程可用图甲来表示。

若反应是从逆反应方向开始的（开始时只有生成物而没有反应物），则v逆在开始时最大，v正为零，随着反应的进行，生成物浓度不断减少，反应物浓度不断增加，v逆不断减小，v正不断增大，最后反应达到化学平衡，如图乙所示。

4．化学平衡状态。

在一定条件下，可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的含量保持不变的状态叫化学平衡状态。

要点诠释：（1）可逆反应是前提，速率相等是实质，浓度保持不变是标志。

（2）v正=v逆≠0，正反应和逆反应仍在进行。

（3）百分含量指各组分的质量百分含量、物质的量百分含量、气体物质的体积百分含量。

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5．化学平衡的特征。

化学平衡状态具有“逆”“等”“动”“定”“变”“同”的特征。

（1）逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。

（2）等：正反应速率和逆反应速率相等，即同一种物质的消耗速率与生成速率相等。注意，不同物质的反应速率不一定相等。

（3）动：化学平衡从表面上或宏观上看好像反应停止了，但从本质上看反应并未停止，只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了，即v (正)=v (逆)＞0。所以化学平衡是一种动态平衡。

（4）定：在平衡混合物中，各组成成分的百分含量保持一定，不再随时间的改变而改变。

（5）变：化学平衡是在一定条件下建立的暂时平衡，若影响化学平衡的外界条件改变，化学平衡状态就会发生改变。

（6）同：在其他条件不变时，可逆反应不论是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是从正反应和逆反应同时开始，途径虽然不同，但只要起始浓度相同，就可以达到相同的平衡状态，所建立的平衡是等效的。

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6．化学平衡的标志

（1）本质标志。

v (正)=v (逆)≠0。对于某一可逆反应来说，正反应消耗掉某反应物的速率等于逆反应生成该反应物的速率。

（2）等价标志。

①全是气体参加的体积可变反应，体系的压强不随时间而变化。例如：N2+3H2 2NH3。

②体系中各组分的物质的量浓度或体积分数、物质的质量分数保持不变。

③全是气体参加的体积可变反应，体系的平均相对分子质量不随时间变化。例如：2SO2

(g)+O2(g)

2SO3 (g)。

④对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。

⑤对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应，体系的颜色不再随时间而变化，如2NO2

(g) N2O4 (g)。

⑥体系中某反应物的转化率或某生成物的产率达到最大值且不再随时间而变化。

要点诠释：以下几种情况不能作为可逆反应达到化学平衡的标志：

（1）恒温、恒容下的体积不变反应，体系的压强或总物质的量不随时间而变化，如2HI (g) I2 (g)+H2 (g)。

（2）全是气体参加的体积不变反应，体系的平均相对分子质量不再随时间变化，如2HI (g) I2 (g)+H2 (g)。

（3）全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。

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要点二、化学平衡常数

1．定义：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度以反应方程式中计量数为指数的幂的乘积与反应物浓度以反应方程式中计量数为指数的幂的乘积之比是一个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数（简称平衡常数），用K表示。对于可逆反应mA (g)+nB (g) pC (g)+qD (g)，在一定温度下无论反应物

的起始浓度如何，反应达到平衡状态后，总有：

()()()()pqmn cCcDKcAcB???。

要点诠释：（1）上式中c (A)、c (B)、c (C)、c (D)是各物质处于化学平衡时的物质的量浓度。

（2）温度一定时，可逆反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，无论反应物起始浓度大小，K是一个常数。而且K只与温度有关。

（3）对于在溶液中进行的反应，溶剂的浓度是一个常数，此常数可归到平衡常数中去，在K的表达式中不出现溶剂的浓度项。如：

CO32―+H2O HCO3―+OH―

323(HCO)(OH)(CO)ccKc?????

（4）当反应中有固体物质时，因固体的浓度可看作常数，在K的表达式中不出现固体的浓度项。如：

CaCO3 (s) CaO (s)+CO2 (g) K=c (CO2)

（5）平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关。