化学平衡状态标志的判断方法及习题.docxVIP

化学平衡状态标志的判断方法及习题

化学平衡状态的判断，是化学热力学与动力学知识的综合运用，也是化学反应原理部分的重点与难点。准确理解并熟练掌握平衡状态的标志，对于深入理解可逆反应的本质及解决相关化学问题至关重要。本文将从化学平衡的核心特征出发，系统梳理判断平衡状态的常用方法，并结合典型习题进行解析，以期为读者提供清晰的解题思路与实用的判断技巧。

一、化学平衡状态的核心特征

化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。这一概念揭示了平衡状态的两大核心特征：

1.“动”与“等”：平衡是动态的平衡，正、逆反应仍在进行，只是两者速率相等（vsub正/sub=vsub逆/sub≠0）。

2.“定”与“变”：反应混合物中各组分的浓度（或质量、物质的量、体积分数等）保持恒定不变。当外界条件改变时，原平衡被破坏，直至建立新的平衡。

所有判断平衡状态的依据，均源于这两大核心特征的外在表现或衍生结果。

二、化学平衡状态的判断方法

判断一个可逆反应是否达到平衡状态，可以从以下几个方面进行分析：

（一）直接依据：速率关系与浓度恒定

1.正反应速率等于逆反应速率（vsub正/sub=vsub逆/sub）

这是判断平衡状态最根本的依据。需注意以下几点：

*针对同一物质：该物质的消耗速率等于其生成速率。例如，对于反应Nsub2/sub+3Hsub2/sub?2NHsub3/sub，若单位时间内生成1molNsub2/sub的同时也消耗1molNsub2/sub，则表示vsub正/sub(Nsub2/sub)=vsub逆/sub(Nsub2/sub)。

*针对不同物质：必须指明是“一正一逆”的速率关系，且速率之比等于化学计量数之比。例如，同样对于上述反应，若vsub正/sub(Hsub2/sub):vsub逆/sub(NHsub3/sub)=3:2，则可判断达到平衡。若均为“正反应”或均为“逆反应”速率，则无法判断。

2.各组分的浓度（或含量）保持不变

这是平衡状态的宏观表现。这里的“含量”包括物质的量浓度、物质的量、质量、质量分数、体积分数（对气体而言）等。当这些物理量不再随时间变化时，说明反应达到了平衡。

*注意：“不变”不等于“相等”，也不等于“成比例”。各组分浓度是否相等或成比例，取决于初始投料和反应限度，与是否平衡无关。

（二）间接依据：由核心特征衍生的可变量

在一些特定条件下，体系的某些物理性质（如压强、温度、密度、平均摩尔质量等）会随着可逆反应的进行而发生变化。当这些物理性质不再变化时，也可能间接指示反应达到了平衡状态。判断的关键在于：该物理量在反应过程中是否是一个“变量”。若其为“变量”，则“变量不变时”可判断平衡；若其为“恒量”（始终不变），则不能作为平衡标志。

1.压强（P）：对于有气体参与且反应前后气体分子数（或物质的量）发生变化的反应，在恒温恒容条件下，体系压强是一个变量。当压强不再变化时，说明反应达到平衡。

*例如：Nsub2/sub+3Hsub2/sub?2NHsub3/sub（反应前后气体分子数改变），恒温恒容时，P不变则平衡。

*反例：Hsub2/sub+Isub2/sub(g)?2HI（反应前后气体分子数不变），恒温恒容时，P始终不变，故P不变不能判断平衡。

2.温度（T）：对于放热或吸热反应，在绝热体系中，反应过程会伴随温度变化。当温度不再变化时，说明正逆反应的热效应相互抵消，反应达到平衡。

3.混合气体的密度（ρ）：密度公式为ρ=m(总)/V(总)。

*若反应在恒温恒容条件下进行，且所有物质均为气体，则m(总)和V(总)均不变，ρ为恒量，不能作为平衡标志。

*若反应中有非气体物质参与（如固体或液体），则m(总)可能为变量，此时在恒温恒容下，ρ为变量，ρ不变可判断平衡。例如：C(s)+Hsub2/subO(g)?CO(g)+Hsub2/sub(g)，恒温恒容时，ρ不变则平衡。

*若反应在恒温恒压条件下进行，且反应前后气体分子数改变，则V(总)为变量，若m(总)不变（如全气体反应），ρ为变量，ρ不变可判断平衡。

4.混合气体的平均摩尔质量（M?）：平均摩尔质量公式为M?=m(总)/n(总)。

*若m(总)和n(总)均不变（如Hsub2/sub+Isub2/sub(g)?2HI，全气体反应且n(总)不变），则M?为恒量，不能判断平衡。

*若m(总)或n(总)为变量，则M?为变量，M?不变可判断平衡。

*例如：Nsub2/sub+3Hsub2/sub?2NHsub3/sub（