化学平衡

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化学平衡

平衡类型

上级分类	平衡 (物理学)、​化学稳态

化学平衡（英语：Chemical equilibrium）是指在宏观条件的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等，且反应物浓度和生成物浓度不再改变的状态。

化学平衡也是化学热力学的主要研究内容。

化学平衡的特征

当一个化学反应达到化学平衡后，需要外部变因恒定才能保持此平衡状态。如果外部变因有所改变，此平衡状态将被打破，反应将往另外一个平衡状态进行。根据勒夏特列原理，当一个已达平衡的系统被变动，该系统会随之改变，以抗衡该变动。

1. 逆：化学平衡存在于可逆反应中。
2. 等：正反应与逆反应速率相等。
3. 动：化学平衡是一种动态平衡，也就是说，虽然宏观下物质的量不再改变，但实际微观上是物质不断反应与生成。
4. 定：宏观下反应物与生成物的物质的量恒定不再改变。
5. 变：条件改变，化学平衡就可能移动。
6. 闭：一个化学平衡只存在于一个闭合系统，没有物质的进入或离开。

化学平衡的判断

直接标志

• 正逆反应速率相等
• 反应物与生成物物质的量不再改变

间接标志

• 反应前后气体体积不同的反应，气体体积不发生改变。
  • 如反应$\mathrm {N_{2}} (g)+\mathrm {3H_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2NH_{3}} (g)$，若其体积不发生改变，则说明已经达到平衡。
• 反应物和生成物颜色不同的反应，混合物的颜色不发生改变。
  • 如反应$\mathrm {2NO_{2}} (g)$（红棕色）$\leftrightarrow \mathrm {N_{2}O_{4}} (g)$（无色），若混合气体颜色不发生改变，则说明已经达到平衡。
• 反应前后气体体积不同的反应，气体密度不发生改变。
  • 如反应$\mathrm {2SO_{2}} (g)+\mathrm {O_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2SO_{3}} (g)$，若混合气体密度不发生改变，则说明已经达到平衡。
• 反应体系的热量不再发生变化。
  • 如反应$\mathrm {N_{2}} (g)+\mathrm {3H_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2NH_{3}} (g)-Q$，若混合气体不放热或吸热，则说明反应已经达到平衡。

热力学

判断化学反应是否平衡，还可使用此式判断

Δ_rG_m=Σ_νΑμΑ=0

其中，μ_A是指反应中A物质的化学势。也就是说，化学反应达到平衡状态，意味着生成物的吉布斯自由能G达到最小。理论上来讲，对于产物已知的化学反应，应用吉布斯最小自由能法，结合反应物和生成物的热力学数据，就可以计算出平衡产物。

化学平衡反应的种类以及示例

1.一般化学平衡（可逆反应）

• 平衡示例：
  • $\mathrm {Cl_{2}} (g)+\mathrm {H_{2}O} (l)\rightleftharpoons \mathrm {HCl} (aq)+\mathrm {HClO} (aq)$

2.溶解平衡

• 平衡示例：
  • $\mathrm {CO_{2}} (g)\rightleftharpoons \mathrm {CO_{2}} (aq)$

3.沉淀平衡

• 平衡示例：
  • $\mathrm {Ag^{+}} (aq)+\mathrm {Cl^{-}} (aq)\rightleftharpoons \mathrm {AgCl} (s)$

4.电离平衡

• 平衡示例：
  • 弱酸：$\mathrm {3HF\rightleftharpoons H_{2}F^{+}+HF_{2}^{-}}$
  • 弱碱：$\mathrm {NH_{3}+H_{2}O\rightleftharpoons NH_{4}^{+}+OH^{-}}$
  • $\mathrm {H_{2}O:2H_{2}O\rightleftharpoons H_{3}O^{+}+OH^{-}}$

平衡混合物

体系处于平衡状态时，反应物和生成物的混合物称为平衡混合物。

参见

• 热化学
• 可逆反应
• 正反应
• 逆反应
• 化学平衡常数
• 浓度商
• 转化率
• 勒夏特列原理
• 等效平衡