1、 化学平衡态的定义与建立
1定义:在一定条件下的可逆反应中,正反应速率和反反应速率相等,反应体系中所有物质的质量或浓度保持不变,称为化学平衡态。
2化学平衡态的建立
将可逆反应的反应物加入密闭容器中,反应过程如下:
(1) 反应开始时:反应物浓度最大,正反应速率最大,产物浓度为0,反反应速率为0。
(2) 反应过程中:反应物浓度逐渐降低,正反应速率逐渐降低,产物浓度逐渐升高,反反应速率逐渐增大。
(3) 在一定的时间内,必须有$v_uu正$=$v_u逆$,即正反应消耗的反应物量等于反反应产生的反应物量,反应物和产物的浓度不变,从而达到化学平衡状态。
三。化学平衡态特征
(1) 逆:化学平衡的对象是可逆反应。
(2) 动态:指动态平衡。当达到平衡状态时,正反应和负反应继续而不是停止。
(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) 常数:达到平衡时,各组分的浓度保持不变,各组分的百分含量保持不变。
(5) 变化:化学平衡状态是在一定条件下的平衡状态。当外界条件(如温度、浓度、压力等)发生变化时,化学平衡状态可能发生变化,在新的条件下会建立一个新的平衡状态。
温馨提示:当化学反应达到化学平衡状态时,正负反应速率相等,即同一物质的消耗速率和生成速率相等。如果使用不同的物质,反应速率不一定相等。
4化学平衡状态的判断标志
(1) 它在任何情况下都可以用作标志
① 对于同一种物质:物质的形成率=消耗率,即$v正$=$v反$。
② 对于不同的物质:反应物的消耗(形成)率:产品的消耗(形成)率=化学计量比
③ 各成分的含量(百分含量、物质量、物质浓度或质量)不随时间变化
(2) 在某些情况下,它可以用作标志
① 对于与有色物质的可逆反应,如果颜色不变,反应将达到平衡。
② 对于与气态物质的可逆反应,如果反应前后气态物质的量没有变为0,
当混合气体的平均分子量为$M$,总反应压力为$p$常数(恒温定容)时,反应达到平衡。
③ 对于绝热系统,如果系统温度不变,反应将达到平衡。
(3) 不是判断的迹象
① 反应物的摩尔比等于化学方程式中相应物质的化学计量比。
② 系统压力或总物质量不再随时间变化。
③ 体系的平均分子量不随时间变化。
④ 所有的反应都是气体反应,系统的密度在定容下保持不变。
2、 化学平衡态的例子
在一定温度的定容密闭容器中,当下列物理量不再变化时,反应就不能指示了{A(s)}$+$ce{2B(g)}$$ce公司{<=>}$$ce公司{C(g)}$+$ce{D(g)}已经达到平衡___
A.混合气体压力
B.混合气体密度
C.气体的平均摩尔质量
D.反应物a的质量
a
分析:$CE{A(s)}$+$ce{2B(g)}$$ce公司{<=>}$$ce公司{C(g)}$+$ce{D(g)}对于反应前后气体分子数恒定的反应,容器内的压力始终保持不变,因此恒压不能证明达到平衡状态,a符合问题的意义;对于体积恒定的封闭容器,容器的体积保持不变,a是固体。根据质量守恒定律,反应前后混合气体的质量变化,按$-Rho$=$-frac式计算{m}{V}可以看出,容器中气体的密度会发生变化。当容器中气体的密度不再变化时,就表明已经达到化学平衡状态,B与问题不符。反应前后,气体总量保持不变,气体质量也发生变化。如果混合气体的平均摩尔质量保持不变,则表明已达到平衡状态,C与问题不符。反应达到平衡各种物质的质量保持不变,因此a的质量保持不变,这表明反应达到平衡状态,D与含义不符。