化学平衡状态的定义和建立

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，正反应速率逐渐减小，生成物浓度逐渐增大，逆反应速率逐渐增大。

（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。

（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，而不是停止了。

（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，各组分的百分含量保持恒定。

（5）变：化学平衡状态是一定条件下的平衡状态，当外界条件（如温度、浓度、压强等）改变时，化学平衡状态可能改变，在新的条件下建立新的平衡状态。

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，是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，反应速率不一定相等。

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（生成）速率﹕某生成物的消耗（生成）速率=化学计量数之比

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，若颜色不再变化，则反应达到平衡状态。

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，

混合气体平均相对分子质量$M$和反应总压强$p$不变（恒温恒容）时，则反应达到平衡状态。

③对于绝热体系，若体系的温度不再变化，则反应达到平衡状态。

（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。

②恒温恒容下的体积不变的反应，体系的压强或总物质的量不再随时间而变化。

③全是气体参加、体积不变的反应，体系的平均相对分子质量不再随时间而变化。

④全是气体参加的反应，恒容条件下体系的密度保持不变。

二、化学平衡状态的相关例题

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：$\ce{A（s）}$＋$\ce{2B（g）}$$\ce{<=>}$$\ce{C（g）}$＋$\ce{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：$\ce{A（s）}$＋$\ce{2B（g）}$$\ce{<=>}$$\ce{C（g）}$＋$\ce{D（g）}$为反应前后气体分子数不变的反应，容器中的压强始终保持不变，所以压强不变不能证明达到了平衡状态，A符合题意；定容密闭容器中，容器的体积保持不变，A为固体，根据质量守恒定律可知，反应前后混合气体的质量发生变化，由公式$\rho$=$\frac{m}{V}$可知，容器内气体的密度会变，当容器中气体的密度不再发生变化时，能表明达到化学平衡状态，B不符合题意；该反应前后气体的总物质的量不变，气体的质量发生变化，如果混合气体的平均摩尔质量不变，说明已经达到平衡状态，C不符合题意；该反应达到平衡状态时，各种物质的质量不变，所以A的质量不变能说明该反应达到平衡状态，D不符合题意。