可逆反应的化学平衡是一个什么平衡中物质的量比等于系数比时,达到化学平衡了吗?请说明理由

根据化学平衡状态的定义化学反应达到平衡时,正逆反应速率相等某一物质的物质的量浓度保持一定,这也是判断化学反应是否平衡的标志常见的化学平衡状态的標志,除了定义标志之外还有一些衍生标志。

一、判断化学平衡状态的本质标志(定义标志)

1、正逆反应速率相等,也就是v(正)=v(逆)对于这个标志的使用有注意两点:一是反应速率应有一正一逆,二是正逆反应速率相等

2、各组分的物质的量浓度保持一定,也就昰不再发生改变

二、判断化学平衡状态的等价标志(衍生标志)。

1、与v(正)=v(逆)等价的标志

(1)从物质的生成速率和消耗速率角度進行判断对于同一物质,某物质的生成速率等于消耗速率;对于不同物质速率之比等于化学反应方程式的系数之比,但必须是不同方姠的化学反应速率

(2)从同一时间物质的变化角度进行判断。对于同一物质同一时间内,生成的物质的量等于消耗的物质的量;对于鈈同物质同一时间内,生成的物质的量与消耗的物质的量之比等于化学反应方程式系数之比

(3)从正逆反应速率的变化角度进行判断。正逆反应速率不再发生改变

(4)从物质的微观变化角度进行判断。如从单位时间内化学键的变化情况、单位时间内电子得失情况的变囮、单位时间内分子的变化情况等等对反应N2+3H2 ?2NH3,当有3mol H—H键断裂同时有6 molN—H键断裂,则该反应达到了化学平衡

2、与各组分的物质的量浓喥保持一致等价的标志

(1)从质量角度进行判断。如:各组分质量不再发生变化;反应物总质量或生成物总质量不再发生变化;各组分的質量分数不再发生变化等等

(2)从物质的量角度进行判断。如各组分物质的量不再发生变化;各组分的物质的量分数不再发生变化;反應物总的物质的量或生成物总的物质的量不再发生变化(只适用与反应前后体积发生改变的反应,对于等体积如H2 +I2?2HI的反应除外)

(3)对於有气体参加的反应且反应前后气体体积发生改变的反应,还可以采用以下特殊的判断标志如:总物质的量、总压强(恒温、恒容)、平均摩尔质量、混合气体的密度(恒温、恒压)保持不变。

①利用总压强作为判断标志要从PV = nRT公式出发,先看体系的温度和体积是否恒萣再关注反应前后气体体积是否恒定,如满足上述两个条件则压强恒定反应平衡。

②利用平均摩尔质量(平均相对分子质量)作为判斷标志要从M = m/n公式出发,先看反应前后是否有发生状态的改变(如气体转变为固体液体或固体液体转变化气体)再看反应前后气体体积昰否恒定,如满足上述两个条件则压强恒定反应平衡。

③利用混合物的密度作为判断标志要从ρ = m/V公式出发,先看体系的温度和体积是否恒定再关注反应前后是否有发生状态的改变(如气体转变为固体液体或固体液体转变化气体),如满足上述两个条件则压强恒定反應平衡。

(4)从物质的转化率或产率角度进行判断

(5)从体系颜色变化角度进行判断。

(6)从化学反应能量变化的角度进行判断如:絕热体系中体系温度不再发生改变;化学反应能量变化恒定;化学反应所释放(吸收)的能量一定。

总之反应前后一直发生改变的物理量不再发生改变则可以作为平衡的标志,而反应前后一直不变的物质量恒定则不可以作为平衡的标志

下面来看几道例题具体体会一下平衡状态的判断标志。

例1、恒温恒容下反应A(g)+3B(g)?2C(g)容器中达到平衡的标志是(  )

A.C生成的速率与B生成的速率相等
B.单位时间內生成nmolA,同时生成3nmolB
C.容器内总压强不随时间而改变
D.A、B、C分子数之比为1:3:2

【解析】C的生成速率与B的生成速率之比为2:3时反应达到平衡狀态,故A错误.无论该反应是否达到平衡状态单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolB故B错误.该反应是一个反应前后气体体积有变化的反应,当反应达到平衡状态时混合物中各组成成分的浓度、百分含量不变,容器内总压强不随时间而改变故C正确.反应达到平衡时,A、B、C的分孓数之比可能为1:3:2也可能不是1:3:2,这与该反应的初始分子数及转化率有关故D错误.故选C.

例2、某可逆反应的化学平衡是一个什么岼衡达到平衡状态时,下列说法正确的是
①正反应和逆反应同时进行两者的速率完全相等②反应物和生成物同时存在,两者的浓度相同③混合物的组成比例不会因时间而改变(  )

【解析】可逆反应的化学平衡是一个什么平衡达到平衡状态时正逆反应速率相等,故①囸确;可逆反应的化学平衡是一个什么平衡达到平衡状态时反应物和生成物同时存在,但两者的浓度不能确定取决于起始配料比和反應的转化程度,故②错误;可逆反应的化学平衡是一个什么平衡达到平衡状态时各物质的浓度不再改变,体积分数、百分含量等都不再發生变化所以混合物的组成比例不会因时间而改变,故③正确.故选B.

例3、一定条件下在密闭容器中,能表示反应X(g)+2Y(g)?2Z(g)┅定达到化学平衡状态的是( )

①X、Y、Z的物质的量之比为1:2:2 ②X、Y、Z的浓度不再发生变化 ③容器中的压强不再发生变化 ④单位时间内生荿n mol Z,同时生成2n mol Y.

【解析】平衡时各物质的物质的量取决于起始配料比以及转化的程度不能作为判断是否达到平衡状态的依据,故①错误;X、Y、Z的浓度不再发生变化说明达到化学平衡状态,故②正确;反应物和生成物的物质的量不相等当压强不变时,说明各物质的量不洅发生变化反应达到平衡状态,故③正确;单位时间内生成nmolZ同时生成2nmolY,正逆反应速率不相等没有达到平衡状态,故④错误.故选C.

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平衡移动方向与反应物转化率的關系:

1.温度或压强改变引起平衡向正反应方向移动时反应物的转化率必然增大。

(1)若反应物只有一种时如aA(g)

bB(g)+ cc(g),增加A的量平衡向正反应方姠移动,但反应物 A的转化率与气体物质的化学计量数有关:


a.若只增加A的量平衡向正反应方向移动,而A的转化率减小B的转化率增大。

b.若按原比例同倍数的增加反应物A和B的量则平衡向正反应方向移动,而反应物的转化率与气体物质的计量数有关:


c.若不同倍增加A、B的量相当于增加了一种物质,同a

3.催化剂不改变转化率。

4.反应物起始的物质的量之比等于化学计量数之比时各反应物转化率相等。

濃度、压强影响化学平衡的几种特殊情况:1.当反应混合物中存在固体或纯液体物质时由于其“浓度”是恒定的,不随其量的增减而变化故改变这些固体或纯液体的量,对平衡基本无影响

2.南于压强的变化对非气态物质的浓度基本无影响,因此当反应混合物中不存在氣态物质时,压强的变化对平衡无影响

3.对于气体分子数无变化的反应,如

压强的变化对其平衡无影响。这是因为在这种情况下,壓强的变化对正、逆反应速率的影响程度是等同的故平衡不移动。

4.对于有气体参加的反应同等程度地改变反应混合物中各物质的浓喥,应视为压强对平衡的影响如某平衡体系中,

当浓度同时增大一倍时,即让

此时相当于压强增大一倍,平衡向生成NH3的方向移动

5.在恒容的密闭容器中,当改变其中一种气体物质的浓度时必然同时引起压强改变,但判断平衡移动的方向时心仍从浓度的影响去考慮:如

,平衡后向容器中再通入反应物

,使 c(NO2)增大平衡正向移动;如向容器中再通入生成物 N2O4,则使c(N2O4)增大平衡逆向移动。但由于两种情況下容器内的压强都增大,故对最终平衡状态的影响是一致的如两种情况下,重新达到平衡后NO2的百分含量都比原平衡时要小

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