浅谈如何判断一个可逆反应是否已达平衡状态

浅谈如何判断一个可逆反应是否已达平衡状态

李天丽

寻甸县第二中学 云南省昆明市 655214

摘要：化学平衡是中学化学最重要的基本理论之一，是高中化学选修4的重点章节，其中可逆反应是否达到化学平衡状态是该部分的重点、难点知识，也是历年高考、学考的必考内容。对绝大多数学生而言，化学平衡状态的判断涉及面广、难度大，学习起来比较困难。因为可逆反应达到平衡状态的标志，不仅有直接根据化学平衡状态的概念得到的速率标志、浓度保持不变标志，还有根据相关理论知识衍生出来的间接标志，内容难度大，覆盖面广。

关键字：可逆反应 化学反应速率 化学平衡

下面对如何判断可逆反应是否已达到平衡状态作简单分析:

一、化学平衡状态的判断方法

（一）直接标志：化学平衡状态的本质标志

V_正=V_逆和反应混合物各组分浓度保持不变是判断平衡的两大主要标志。

1.“等”的标志： v_正＝ v_逆

(1)宏观方面:

同一物质：生成速率等于消耗速率；

不同物质：

在方程式同一边：消耗速率（生成速率）与生成速率（消耗速率）之比等于化学计量数之比；

在方程式两边不同物质生成速率（消耗速率）与生成速率（消耗速率）之比等于化学计量数之比；

以反应2A(g)+B(g) C(g)为例达到平衡的标志为：

A的消耗速率与A的生成速率相等

A的生成速率与B的消耗速率之比等于2:1

A的消耗速率与C的消耗速率之比等于2:1

B的生成速率与C的生成速率之比等于1:1

2. 微观方面:化学键断裂与形成情况

同一物质，断裂化学键与形成化学键的物质的量相等；

不同物质，与各物质的化学计量数和分子内的化学键多少有关。

如：反应N₂+3H₂ 2NH₃，当有3mol H—H键断裂，同时有6mol N—H键断裂，则该反应达到了化学平衡。有1mol H—H键断裂，同时有1mol H—H键形成，则该反应达到了化学平衡。

总结：同边异向（在方程式同一边：一生成一消耗），异边同向（在方程式两边：同生成同消耗），比例计量（满足计量数之比）

2.“定”的标志：

（1）各组分的物质的量浓度保持、质量、物质的量、分子数、体积（气体）、气体分压保持不变。

（2）各组分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变。

（二）间接标志：

1. 总压强、总体积、总物质的量

混合气体的压强、体积、物质的量不在改变不一定平衡：以mA(g)+nB (g) pC(g)为例：

当m+n≠p时混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间改变而改变，说明已达平衡。m+n=p时总压强、总体积、总物质的量始终保持不变，不是平衡的标志。

2.总质量

混合气体的总质量不再改变不一定平衡：

若反应物和生成物均为气体，则m始终不变，不是平衡的标志；

若反应物和生成物有固体或液体参加，m改变，当m不变，说明已达平衡。

3.平均相对分子质量

混合气体的平均相对分子质量不变不一定平衡：

由公式：M=m（总）/n（总），m（总）、n（总）中只要有一个量改变，M就会改变，当M保持不变说明已达平衡。

以mA(g)+nB (g) pC(g)为例：

若反应物和生成物均为气体，则m（总）不变：当m+n≠p，n（总）改变，M改变，当M不变时说明已达平衡；

当m+n=p，m（总）、n（总）均不变，M始终不变不是平衡的标志。

若反应物和生成物有固体或液体参加，则m（总）改变，无论反应前后气体体积是否相等，M改变，当M不变时是平衡的标志。

如：如N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)其M一定，可以说明该反应达平衡。（因为全是气体，m（总）不变；假设平衡左移，n（总）增大，假设平衡右移，

n（总）减小，即平衡移动，M一定改变）

如：I₂(g)+H₂(g) 2HI(g)其M一定，不能说明该反应达平衡。（因为全是气体，m（总）不变；假设平衡左移，n（总）不变，假设平衡右移，n（总）也不变，M不变）

4.密度

混合气体的密度不变不一定是平衡的标志：

由公式：ρ=m（总）/V（总），m（总）、V（总）中只要有一个量改变，ρ就会改变，当ρ保持不变时说明已达平衡。

（1）如果全为气体：m（总）不变

在恒容密闭容器中，V（总）不变，ρ始终不变不是平衡的标志；

例：如N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)其ρ一定，不能说明该反应达平衡。

在恒压密闭容器中，如果不是等体积反应，V（总）不等，ρ不变说明已达平衡；如果是等体积反应，V（总）相等，ρ始终不变不是平衡的标志；

如：如N₂(g)+3H₂(g) 2NH

₃(g)其ρ一定，说明达平衡。 

I₂(g)+H₂(g) 2HI(g)，ρ一定，不能说明该反应达平衡。

2. 若反应物和生成物有固体或液体参加，则m（总）不变，无论在恒温恒压、恒温恒容条件下或反应前后气体相等或不等的反应，ρ保持不变均是平衡的标志。

总结：会变的量保持不变说明已达平衡

（三）特殊标志：

1.对于有色物质参加反应，体系颜色不变，反应达到平衡；

2.对于绝热容器，体系温度不变，反应达到平衡；

3.反应物转化率，产物产率不变，反应达到平衡。

三、典型例题： 

[例1]在一定温度下，密闭容器中可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是（ C ）

A.容器中气体的总质量不变　

B.单位时间内生成nmolA，同时生成3nmolB

C.A、B、C的浓度不再变化           

D.A、B、C三者共存

[解析]A项，A、B、C均为气体，总质量始终不变，A错；B项，A、B在方程式的同一边应一生成一消耗，B错；C项，各组分的浓度保持不变说明达到平衡，C项正确；D项，可逆反应A、B、C随时共存，错。

[例2]一定温度下，可逆反应2NO₂(g) 2NO(g)+O₂(g)在恒容密闭容器中反应，达到平衡的标志是（ A ）

①.单位时间内生成nmolO₂的同时生成2nmolNO₂(g)

②.NO₂、NO、O₂的分子之比为2：2：1  

③.NO₂、NO、O₂的反应速率之比为2：2：1

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

⑦.混合气体的压强不再改变的状态

A.①④⑥ B.②③⑤⑦ C.①③④ D.①②③④⑤⑥⑦

[解析]①O₂和NO₂在方程式两边同向，且满足计量数之比1:2，正确；

②O₂和NO的分子数之比都等于计量数之比，错误；

③NO₂、NO、O₂的速率之比都等于2：2：1，错误；

④NO₂为红棕色气体，若颜色不变说明其浓度不变，正确；

⑤ρ=m（总）/V（总），m（总）不变，在恒容密闭容器中V（总）不变，ρ始终不变，不是平衡的标志，错误；

⑥M=m（总）/n（总），m（总）不变，n（总）改变使得M改变，当M不变说明已达到平衡，正确；

⑦该反应在恒容密闭容器中进行，V（总）不变，压强始终不变，不是平衡的标志，错误。

参考文献：

1.王振江.课程教材教学研究—化学平衡状态的标志类型题的解决技巧 期刊

2.俞可婷.化学平衡类比教学策略的应用研究［D］.南京师范大学,2012

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