化学平衡的特征

1、化学平衡的建立和特征

(1)可逆反应

①定义:在同一反应体系中，在相同条件下，既能向正反应方向自动进行又能向逆反应方向自动进行的反应。

②特点

➊可逆反应必须是同一条件下既能正反应方向进行又能逆反应方向进行的反应，对于在不同条件向向正、逆两个反应方向进行的反应则不认为是可逆反应;

❷可逆反应是不能进行到底的，不能实现完全转化。

(2)化学平衡状态

①定义:在一定条件下的可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态，叫做化学平衡状态，简称化学平衡;

②化学平衡的建立

对于可逆反应，不管从正反应开始(只投入反应物)，还是从逆反应开始(只投入生成物)，或从正逆反应同时开始(同时投入反应物和生成物)， 在一定条件下都会达到v(正) = v(逆) 的状态。当v(正) 和v(逆)相等时，单位时间内同一物质消耗和生成的量完全相等，因而各物质的浓度和含量保持一定， 即达到平衡状态。构成化学平衡体系的基本要求是反应物和所有的生成物均处于同一反应体系中，反应条件(温度、浓度、压强等)保持不变。

(3)化学平衡的特征

逆:只有可逆反应才能达到化学平衡状态;

动:是动态平衡，正、逆反应仍在不断进行;

等: v(正=v(逆)≠0;

定:各组分的浓度及百分含量保持不变;

变:当影响化学平衡的外界条件发生变化使v(正≠v(逆)时，平衡便会发生移动使各组分的浓度、百分含量发生变化，直至建立新的平衡。

2、化学平衡的移动

(1)化学平衡移动的含义

当一个可逆反应达到平衡后，如果改变温度、压强、浓度等反应条件，原来的平衡状态被破坏，化学平衡发生移动，平衡混合物种各组分的质量分数也随着改变，在一段时间后达到新的平衡状态，这种由原平衡状态向新平衡状态的变化过程，就是化学平衡的移动。

可以归纳为:某条件下的化学平衡一> 平衡被破坏一段时间后 一→“新条件下的新化学平衡

(2)化学平衡移动与化学反应速率的关系

当与化学平衡体系有关的外界条件发生改变以后，

v(正> v(逆)，平衡向正反应方向移动;

v(正= v(逆)，化学平衡不发生移动;

v(正< v(逆)，化学平衡向逆反应方向进行。

(3)影响化学平衡移动的因素

①浓度

在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以是化学平衡向逆反应方向进行。

②压强

对反应前后气体总体积发生变化的反应，在其他条件不变时，增大压强会使平衡向气体体积缩小的方向移动，减小压强会使平衡向气体体积增大的方向移动。

例如: 高温高压，cat,N2(g) + 3H2(g)二2NH3(g)

加压，v(正)增大、v(逆)增大， v(正)增大的倍数大，平衡向正反应方向移动;若减压，v(正)、 v(逆)均减小，v(正)减小的倍数大，平衡向逆反应方向移动，加压、减压后v- t关系图像如下图:

③温度

在其他条件不变时，温度升高平衡向吸热反应的方向移动，温度降低平衡向放热反应的方向移动。

对于2NO2(g)=N2O4(g) ΔH < 0，加热时颜色变深，降温时颜色变浅。该反应升温、降温时v一t关系图像如下图:

④催化剂

由于催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，所以催化剂对化学平衡无影响，U一t图像为:

3、勒夏特列原理

(1)原理内容

如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强、温度)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。勒夏特列原理又叫平衡移动原理。

(2)分析思路

(3)适用范围

平衡移动原理适用于化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡等动态平衡

(4)注意事项

①平衡向“减弱”外界条件变化的方向移动，但不能“抵消”外界条件的变化;

②v(正)增大并不意味着平衡一定正反应方向移动， 只有V(正>V(逆)时才可以肯定平衡向正反应方向移动。

③当平衡向正反应方向移动时，反应物的转化率并不一定提高，生成物的体积分数并不一定增大(因为反应物或生成物总量增大了)， 增大一种反应物的浓度会提高另外- -种反应物的转化率;

④存在平衡且平衡发生移动时才能应用平衡移动原理。

4、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，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一-个常数，这个常数就是该反应的化学平衡常数，符号为K。

(2)表达式

对于某可逆反应

aA(g) + bB(g)=pC(g) + qD(g)，在一定温度下，达到平衡时K =

(3)注意事项

①化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。

②反应物或生成物中有固体或纯液体存在时，由于其浓度可看做"1”而不代入公式;

③化学平衡常数是指某- -具体反应的平衡常数，若反应方向改变，则平衡常数改变，且互为倒数关系。

4141 化学平衡的等温公式

由标准自由焓定义的气相化学反应的平衡常数pK,等于生成物逸度乘积与反应物逸度乘积之比。即:

地球化学

式中:epdp…为生成物逸度乘积;pabp为反应物逸度乘积。当然,上式也适用于液相和固相间的化学反应。由上式可以导出化学平衡等温公式:

地球化学

这是用来分析和处理化学平衡问题的一个常用公式。

4142 温度和压力对化学平衡的影响

41421 温度对化学平衡的影响

在压力不变的情况下,温度对化学平衡的影响表现为:温度的微变Tδ会使体系的自由焓产生一个微变Gδ,它的数学意义是:Gδ=-δST

地球化学

现在假设这个体系在温度T℃时从状态Z1变到Z2,它的焓、熵和自由焓各从H1、S1和G1变到H2、S2和G2,根据上式和式(44)可以得出:

地球化学

两式相减,得:

地球化学

将上式应用于等温等压反应的标准焓变,就得出吉布斯-赫尔姆霍茨(Gibbs-Helmholtz)方程:

地球化学

由等温等压过程可以进一步得出:

地球化学

将上式与化学平衡等温公式 联立,就可以得出:

地球化学

由式(422)可以看出:若反应为吸热反应(△Hθ>0),当温度升高时,其平衡常数增大;反之,对放热反应(△θH<0),当温度降低时,其平衡常数增大。对上式积分后,将有:

地球化学

由此公式可以看出温度变化会对化学平衡产生的影响。

41422 压力对化学平衡的影响

对气相反应Aa+Bb+…=Ee+Ff+…来说,它的化学平衡常数yK(用分子数表示)和Kp(用分压表示)间的关系如下式

地球化学

式中:P0为反应时的总压力;△V为反应中摩尔数的增量,△V=(e+f+…)-(a+b+…)。由于分压给出的平衡常数Kp取决于反应时的温度T,Kp并不随反应总压力P0的大小发生变化。因此,在温度不变的情况下,可以得到下式:

地球化学

与式(424)联立,可以得出:

地球化学

上式表明:对增体积反应(△V>0),当压力升高时,其平衡常数Ky减小;对减体积反应(△V<0),当压力升高时,其平衡常数Ky增大。

由此还可得知:平衡体系的任何状态参量发生变化,都会使平衡的位置发生转移,而且转移的方向总是趋向于抵消状态参量变化引起的效果。这一规律被称为平衡位置转移原理。

化学平衡可以通过测量反应物和生成物的浓度之比来判断。当反应物和生成物的浓度之比稳定时，反应就处于平衡状态。

通常可以使用称量法来测量反应物和生成物的浓度，并计算它们的浓度之比。如果浓度之比稳定，则反应处于平衡状态。

另外，可以使用平衡常数（K）来判断化学平衡。平衡常数是指反应平衡时，反应物和生成物浓度之比的数值。如果测得的平衡常数与理论值相符，则说明反应处于平衡状态。

总的来说，要判断化学平衡，需要测量反应物和生成物的浓度之比，或者计算平衡常数，并与理论值进行比较。

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