化学平衡状态的定义、建立与判断

　　一、化学平衡状态的定义和建立

　　1、定义

　　在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应体系中所有参加反应的物质的质量或浓度保持恒定的状态，称为化学平衡状态。

　　2、化学平衡状态的建立

　　若把某一可逆反应的反应物加入密闭容器中，其反应过程如下：

　　(1)反应刚开始时：反应物浓度最大，正反应速率最大;生成物浓度为0.逆反应速率为0.

　　(2)反应过程中：反应物浓度逐渐减小，正反应速率随之逐渐减小;生成物浓度逐渐增大，逆反应速率随之逐渐增大。

　　(3)反应到某一时刻，必然出现v正 = v逆，即正反应消耗反应物的量与逆反应生成反应物的量相等，反应物和生成物的浓度不再发生变化，此时就达到化学平衡状态。

　　3、化学平衡状态的特征

　　(1)逆：化学平衡研究的对象是可逆反应，不可逆反应不存在平衡状态。

　　(2)动：是指动态平衡。达到平衡状态时，正、逆反应仍在继续进行，只是速率相等，并非反应停止。

　　(3)等：达平衡时，正反应速率和逆反应速率相等且都大于0.即v正 = v逆 > 0.

　　(4)定：达平衡时，各组分的浓度保持恒定，各组分的百分含量(质量分数、体积分数等)也保持恒定。

　　(5)变：化学平衡状态是一定条件下的暂时平衡，当外界条件(如温度、浓度、压强等)改变时，原平衡被打破，化学平衡状态可能发生移动，在新的条件下重新建立新的平衡状态。

　　温馨提示：化学反应达到化学平衡状态时正、逆反应速率相等，特指同一物质的消耗速率和生成速率相等;若用不同物质表示时，需满足“一正一逆”的速率方向，且速率比值等于对应物质的化学计量数之比，并非速率数值直接相等。

　　4、化学平衡状态的判断标志

　　(1)任何情况下均可作为标志的

　　①对于同种物质：该物质的生成速率 = 消耗速率，即v正 = v逆。

　　②对于不同物质：某反应物的消耗(或生成)速率﹕某生成物的消耗(或生成)速率 = 化学方程式中对应物质的化学计量数之比(需明确速率方向一正一逆)。

　　③各组分含量(百分含量、物质的量、物质的量浓度或质量)不随时间变化。

　　(2)在一定条件下可作为标志的

　　①对于有有色物质参加或生成的可逆反应，混合体系的颜色不再变化，则反应达到平衡状态(颜色深浅与有色物质浓度相关)。

　　②对于有气态物质参加或生成的可逆反应，若反应前后气体的物质的量变化不为0.在恒温恒容条件下，混合气体平均相对分子质量(M)和反应总压强(p)不变，则反应达到平衡状态。

　　③对于绝热体系(与外界无热量交换)，若体系的温度不再变化，则反应达到平衡状态(化学反应伴随能量变化，温度恒定说明正逆反应能量变化抵消)。

　　(3)不能作为判断标志的

　　①反应组分的物质的量之比等于化学方程式中相应物质的化学计量数之比(这是反应进行过程中可能出现的任意状态，与平衡无关)。

　　②恒温恒容下的体积不变的反应(反应前后气体物质的量不变)，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化(这类反应中压强、总物质的量始终恒定)。

　　③全是气体参加、体积不变的反应(反应前后气体物质的量不变)，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化(气体总质量和总物质的量均不变，平均相对分子质量始终恒定)。

　　④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变(恒容时体积固定，气体总质量不变，密度始终恒定)。

　　二、化学平衡状态的相关例题

　　例题1：在一定温度下的定容密闭容器中，当下列物理量不再变化时，不能表明反应：$ce{A(s) + 2B(g) <=> C(g) + D(g)}$ 已达到平衡的是( )

　　A.混合气体的压强　　B.混合气体的密度　　C.气体的平均摩尔质量　　D.反应物A的质量

　　答案：A

　　解析：该反应的特点是反应物A为固体，反应前后气体分子数不变(2 mol气体反应物生成2 mol气体生成物)。①对于选项A：由于反应前后气体分子数不变，定容条件下容器内压强始终保持不变，因此压强不变不能证明达到平衡状态，A符合题意;②对于选项B：定容密闭容器体积固定，A为固体，反应前后混合气体质量会随反应进行发生变化(A的质量减少，气体质量增加)，根据密度公式$ ho = m/V$，密度不变时说明气体质量不再变化，即反应达到平衡，B不符合题意;③对于选项C：反应前后气体总物质的量不变，但气体质量变化，平均摩尔质量$M = m/n$，当M不变时，说明气体质量恒定，反应达到平衡，C不符合题意;④对于选项D：A为反应物且为固体，其质量不再变化时，说明正反应消耗A的速率与逆反应生成A的速率相等，反应达到平衡，D不符合题意。

　　例题2：下列能说明反应$ce{N_{2}(g) + 3H_{2}(g) <=> 2NH_{3}(g)}$ 达到平衡状态的是( )

　　A.单位时间内生成1 mol $ce{N_{2}}$，同时生成3 mol $ce{H_{2}}$　　B.单位时间内生成2 mol $ce{NH_{3}}$，同时消耗1 mol $ce{N_{2}}$

　　C.混合气体的密度不再变化　　D.混合气体的平均相对分子质量不再变化

　　答案：D

　　解析：A选项中生成$ce{N_{2}}$和$ce{H_{2}}$均为逆反应方向，无法判断正逆反应速率是否相等，不能作为平衡标志;B选项中生成$ce{NH_{3}}$(正反应)和消耗$ce{N_{2}}$(正反应)均为同一反应方向，速率比值始终等于化学计量数之比，不能作为平衡标志;C选项中反应体系为恒容(定容密闭容器)，全为气体参与，气体总质量和体积均不变，密度始终恒定，不能作为平衡标志;D选项中反应前后气体分子数变化(4 mol气体生成2 mol气体)，气体总质量不变，平均相对分子质量$M = m/n$，当M不再变化时，说明气体总物质的量不再变化，反应达到平衡，D符合题意。

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