化学平衡(英語: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,且反应物濃度和生成物浓度不再改變的状态。
化学平衡也是化学热力学的主要研究內容。
化學平衡的特徵[编辑]
當一個化學反應達到化學平衡後,需要外部變因恆定才能保持此平衡狀態。如果外部變因有所改變,此平衡狀態將被打破,反應將往另外一個平衡狀態進行。根据勒沙特列原理,當一個已達平衡的系統被變動,該系統會隨之改變,以抗衡該變動。
- 逆:化學平衡存在於可逆反應中。
- 等:正反應與逆反應速率相等。
- 動:化學平衡是一種動態平衡,也就是說,雖然宏觀下物質的量不再改變,但實際微觀上是物質不斷反應與生成。
- 定:宏觀下反應物與生成物的物質的量恒定不再改變。
- 變:條件改變,化學平衡就可能移動。
- 閉:一個化學平衡只存在於一個閉合系統,沒有物質的進入或離開。
化學平衡的判斷[编辑]
直接標誌[编辑]
間接標誌[编辑]
- 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
,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
(红棕色)
(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
,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
,若混合气体不放热或吸热,则说明反应已经达到平衡。
熱力學[编辑]
判斷化學反應是否平衡,還可使用此式判斷
ΔrGm=ΣνΑμΑ=0
其中,μA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[编辑]
1.一般化学平衡(可逆反应)
- 平衡示例:
![{\displaystyle \mathrm {Cl_{2}} (g)+\mathrm {H_{2}O} (l)\rightleftharpoons \mathrm {HCl} (aq)+\mathrm {HClO} (aq)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ecd034115c36c43f3fe5bd3824f5a77540c16714)
2.溶解平衡
- 平衡示例:
![{\displaystyle \mathrm {CO_{2}} (g)\rightleftharpoons \mathrm {CO_{2}} (aq)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1c6bd3315f583680a1ec90ef20045f4bc658c47b)
3.沉淀平衡
- 平衡示例:
![{\displaystyle \mathrm {Ag^{+}} (aq)+\mathrm {Cl^{-}} (aq)\rightleftharpoons \mathrm {AgCl} (s)}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/445303efc86b9ae406928a559c6313b11c220d9b)
4.电离平衡
- 平衡示例:
- 弱酸:
![{\displaystyle \mathrm {3HF\rightleftharpoons H_{2}F^{+}+HF_{2}^{-}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fee738ec465afbccbcda23352991a49d6f7b6971)
- 弱碱:
![{\displaystyle \mathrm {NH_{3}+H_{2}O\rightleftharpoons NH_{4}^{+}+OH^{-}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3a8f9930f113d2794abdd60b2b3f5cb70953f860)
![{\displaystyle \mathrm {H_{2}O:2H_{2}O\rightleftharpoons H_{3}O^{+}+OH^{-}} }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4093b436bc3cdf8d1196ee3dc038644dd955f907)