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化学平衡的标志


化学平衡的标志
化学平衡即化学平衡状态,是指在一定条件下的可逆反应,在反应之初,正反应速率大 于逆反应速率,随着反应进行,正反应速率逐渐减小(反应物浓度减低) ,逆反应速率增大 (生成物浓度增大) ,当反应进行到一定程度时,正反应速率与逆反应速率相等,反应物的 浓度与生成物的浓度不在改变,达到一种表面静止的状态。从化学平衡的定义来看,一个可 逆反应达到平衡的根本标志:

正反应速率和逆反应速率相等, 反应物的浓度与生成物的浓度 不在改变。当然也可以理解一些间接标志。 一.化学平衡状态的根本标志 根本标志 I:速率 v(正)= v(逆)。对相同物质:v(生成)= v(消耗)≠0;对不同物质:反应方向 相反,大小符合其化学计量数之比。 【例 1】 能说明反应 N2+3H2 2NH3 已达到平衡状态的是 A.3V 正(H2)=V 正(N2) C.2V 正(H2)=3V 逆(NH3) 率。 【答案】BC 根本标志 II:浓度 反应物的浓度与生成物的浓度不在改变(固体的浓度不变不能作为标志)。以下情形可 体现浓度不再改变:各物质的物质的量(或断键与成键的物质的量)、转化率(或产率)、 物质的量分数、体积百分数、质量分数不再改变或有色物质(Br2、I2、NO2 等)颜色不在改 变。 例:对反应2NO2 2NO+O2 、 H2(g)+2I2(g) 2HI(g) 、2NO2 N2O4 等 体系的颜色不再改变,即 NO2、I2 的浓度不再改变时可作为平衡的标志。 【例 2】一定温度下,反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)达到化学平衡状态的标志是 A.c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)=1∶3∶2 B.N2,H2 和 NH3 的物质的量分数不再改变 C.N2 与 H2 的物质的量之和是 NH3 的物质的量 2 倍 D.断开1mol N≡N 的同时断开 3mol H-H. 【答案】B 二.达到化学平衡状态的间接标志 所谓“间接标志”是指在特定环境、 特定反应中能间接衡量有气体参与的某一可逆反应 是否达到化学平衡状态的标志,通常指压强、平均式量、密度等,能间接体现。这类标志可 以用理想气体状态方程 PV=nRT(P、V、n、R、T 分别表示压强、体积、物质的量、常数、热 力学温度)进行巧妙的判断。PV=nRT 中包含了等效平衡所涉及的所有条件和物质的量之间 的关系,即 P、V、T 是条件,n 是物质的量。由于判断化学平衡状态的间接标志很多,这些 标志不仅与条件有关,而且与反应前后的分子数目 N(N=n·NA , 其中 NA 表示阿伏伽德罗常 数)有无变化有关。不妨将 PV=nRT 变形为 PV= N m RT 或 PV= RT 或 P M = ρ RT( M 、ρ NA M B.单位时间内消耗 H2 的速率与生成 H2 的速率相同 D.NH3 的分解速率和 N2 的消耗速率速

分别表示平均式量、密度) ,因此通过 T、P、 M 、ρ 或 V 及 N 等的变化不难判断可逆反应是 否达到平衡状态。 间接标志 I:温度

任何化学反应都伴随有能量变化,当体系温度一定时(其他条件不变) ,则平衡。 间接标志 II:压强 仅适用于反应前后体积 V 不变而反应前后物质的量 (反应前后分子数目 N 改变即在反应 aA(g)+ bB(g) ? gG(g) + hH(g)中 a+b≠g+h)改变的反应,反应体系中的总压强不随时间 变化,则平衡。例:对 N2(g)+3H2(g) 适用。 间接标志 III:平均式量 凡是有气体质量 m 或反应前后体积 V 不变而分子数目 N 有改变的可逆反应, 反应体系中 的平均式量不再发生变化, 则平衡。 例: 在恒容容器里对 N2(g)+3H2(g) 用;对 C(s)+CO2(g) 间接标志 IV:密度: 仅适用于有气体参加同时亦有非气体参加的可逆反应。混合气体的密度不再发生变化, 则平衡。例:固定容积的容器中的反应:对 C(s)+CO2(g ) 2SO2(g)+O2(g) 间接标志 V:体积 反应前后压强不变而分子数目 N 有改变的可逆反应,体积不再发生变化,则平衡。例: 对 N2(g)+3H2(g) 间接标志 VI:分子数目 反应前后气体分子数目有改变的反应,分子数目不再发生变化,则平衡。例: 对 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 适用;H2(g)+I2(g) 2HI(g) 不适用。 2NH3(g)适用;H2(g)+I2(g) 2HI(g)不适用。 2SO3(g)不适用。 2CO(g) 适用;对 2CO(g) 适用;对 H2(g)+2I2(g) 2NH3(g) 适 2NH3(g) 适用。H2(g)+I2(g) 2HI(g) 不

2HI(g) 不适用。

【例 3】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,表明反应 A(s)+2B(g)=C(g)+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.A 物质的量浓度 D.气体的总物质的量 【解析】该题中反应前后气体分子数目 N、温度 T 和体积 V 均不变且亦有非气体参加,据间 接标志 II 和 IV 及直接标志 II 知: A. C. D. 错。或利用 PV=nRT 的变形式: P M = ρ RT 易选出 B。 【答案】B 总之,能否作为判断平衡的标志就看能否直接或间接的体现 v(正)= v(逆)或各物质的 浓度不改变。 【练习题】 1、下列反应 aA(g)+bB(g) mC(g)+nD(g)在密闭容器中进行,表示其已达到平衡 状态的叙述中正确的是( )。 A.平衡时的压强与反应起始的压强之比为 m+n/a+b B.用物质 A 表示的反应速度与物质 C 表示的反应速度之比为 a/m C.物质 B 的浓度不随时间而改变 D.各物质的浓度相等 2、在一定条件下,可逆反应 2 A(g) B(g)+3 C(g)在下列 4 种状态中,处于平衡 状态的是( )。 A.正反应速度 vA=2mol/(L·min),逆反应速度 vB=2 mol/(L·min)

B. 正反应速度 vA=1mol/(L·min),逆反应速度 vC=1.5mol/(L·min) C.正反应速度 vA=1mol/(L·min),逆反应速度 vB=1.5 mol/(L·min) D. 正反应速度 vA=2mol/(L·min),逆反应速度 vC=2 mol/(L·min) 3、能够充分说明在恒温下的密闭容器中反应 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3(g)已经达到平 衡的标志是( )。 A.容器中气体总物质的量不随时间的变化而改变 B.容器中 SO2 和 SO3 的浓度相同 C.容器中 SO2、O2、SO3 的物质的量为 2:1:2 D.容器中密度不随时间的变化而改变 4、在 2NO2(g) N2O4(g)的可逆反应中,下列状态一定属于平衡状态的是( )。 A.N2O4 和 NO2 的分子数比为 1:2 B.平衡体系的颜色一定不再改变 C.N2O4 和 NO2 的浓度相等 D.单位时间有 1 mol N2O4 变为 NO2 的同时,有 1mol NO2 变为 N2O4 5、可逆反应∶2NO2 2NO+O2 在密闭容器中反应,达到平衡状态的标志是: ( ) ①单位时间内生成 n molO2 的同时生成 2n molNO2 ②单位时间内生成 n molO2 的同时, 生成 2n mol NO ③用 NO2、NO、O2 的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为 2 : 2 : 1 的状态 ④混合气体的颜色不再改变的状态 ⑤混合气体的密度不再改变的状态 ⑥ 混 合气体的平均相对分子质量不再改变的状态 A. ①④⑥ B.②③⑤ C.①③④ D. ①②③④⑤ 6、将 1L N2 和 3L H2 充入一密闭容器中,使其在一定条件下达到平衡 N2+3H2 2NH3, 下列哪些状态一定是平衡状态 ( ) ①混合气体的体积变为最初体积一半的状态② N2、H2、NH3 的总物质的量不随时间改变 而改变的状态③N2、H2、NH3 的总质量不随时间而改变的状态④单位时间内 1L NH3 分解的同 时,有 0.5L N2 生成的状态⑤ 单位时间内 1L NH3 分解的同时,有 0.5L N2 也分解的状态⑥N2、 H2、NH3 三者浓度相等的的状态。


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