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化学平衡的标志和判定
长乐高级中学 黄炳生
化学平衡状态的判定：具体表现为“一等六定”：
一等：正逆反应速率相等；
六定：① 物质的量一定，② 平衡浓度一定，③ 百分含量保持一定，④ 反应的转化率一定，⑤ 产物的产率一定，⑥ 正反应和逆反应速率一定。
除了上述的“一等六定”外，还可考虑以下几点：
①同一物质单位时间内的消耗量与生成量相等。
②不同物质间消耗物质的量与生成物质的量之比符合化学方程式中各物质的化学计量数比。
③在一定的条件下，反应物的转化率最大，或产物的产率最大。
④对于有颜色变化的可逆反应，颜色不再改变时。
对于反应前后气体总体积变的可逆反应，还可考虑以下几点：
①反应混合物的平均相对分子量不再改变。
②反应混合物的密度不再改变。
③反应混合物的压强不再改变。
还可以从化学键的生成和断裂的关系去判定是否处于化学平衡状态。
1、等速标志：
指反应体系中用同一种物质来表示的正反应速率和逆反应速率相等。
即 V（正）= V（逆）
2、各组分浓度不变标志：
因为V（正）= V（逆）≠0，所以在同一瞬间、同一物质的生成量等于消耗量。总的结果是混合体系中各组成成分的物质的量、质量、物质的量浓度；各成分的体积分数、质量分数；转化率等不随时间变化而改变。
3．有气体参与的可逆反应：
（1）从反应混合气体的平均相对分子质量（M）考虑：M=m(总)/n(总)
①若各物质均为气体：
当气体△n(g)≠0时，若M一定时，则标志达平衡。如2SO2(g) O2(g)  2SO3(g)
当气体△n(g)=0时，若M为恒值，无法判定是否平衡。如H2(g) I2(g) 2HI(g)
②若有非气体参加：无论△n(g)≠0或△n(g)=0时，当若M一定时，则标志达平衡。 如C(s) O2(g) CO2(g)、CO2(g) C(s) 2CO(g)
（2）从气体密度考虑：密度=质量/体积
①若各物质均为气体：
A．恒容：密度总为恒值，不能作为平衡标志。
B．恒压：a. △n(g)=0时，密度总为恒值，不能作为平衡标志。
b. △n(g)≠0时，密度为一定值，则可作为平衡的标志。
②若有非气体参加：
A．恒容：密度为一定值，则可作为平衡的标志。
B．恒压：△n(g)=0时，密度为一定值，则可作为平衡的标志。
（3）从体系内部压强考虑：因为恒温、恒容条件下，n(g)越大，则压强就越大。若各成分均为气体时，只需考虑△n(g)。
①△n(g)=0时，则压强为恒值，不能作为平衡标志。
②△n(g)≠0时，当压强为一定值，可作为平衡的标志。
（4）从体系内部温度考虑：
当化学平衡尚未建立或平衡发生移动时，反应总要放出或吸收热量。若为绝热体系，当体系温度一定时，则标志达到平衡。
例1： （1995年全国高考题）在一定温度下，可逆反应A(g) 3B(g) 2C(g)达到平衡的标志是（A C）
A．C的生成速率与C的分解速率相等
B．单位时间生成n mol A，同时生成3n mol B
C．A、B、C的浓度不再变化 D．A、B、C的分子数比为1:3:2
例2： （2002年全国高考广东卷）在一定温度下，向a L密闭容器中加入1 mol X气体和2 mol Y气体，发生如下反应：X(g) 2Y(g) 2Z(g)，此反应达到平衡的标志是（A B）
A．容器内压强不随时间变化 B．容器内各物质的浓度不随时间变化
C．容器内X、Y、Z的浓度之比为1:2:2
D．单位时间消耗0.1 mol X同时生成0.2 mol Z
例3：下列说法中可以充分说明反应: P(气) Q(气) R(气) S(气) , 在恒温下已达平衡状态的是（B）
A．反应容器内压强不随时间变化 B．P和S的生成速率相等
C．反应容器内P、Q、R、S四者共存
D．反应容器内总物质的量不随时间而变化
化学反应达到平衡状态的标志专题分析
1.判定可逆反应达到平衡状态的方法:
(1)V正=V逆(第一特征)为标志:
规律:①同一物质的生成速率等于消耗速率;②在方程式同一边的不同物质生成速率与消耗速率之比(或消耗速率与生成速率之比,前后比较项必须相反)等于方程式系数之比;③方程式不同一边的不同物质生成速率与生成速率之比(或消耗速率与消耗速率之比,前后比较项必须相同)等于方程式系数之比;④反应放出的热量与吸收的热量相等，即体系温度不变。
(2)各组成成分的百分含量保持不变(第二特征)为标志:
规律:①各组分的质量分数不变;②各气体组分的体积分数不变;③各组分的物质的量分数不变;④各组分的分子数之比不变;⑤各组分的物质的量浓度不变时一定平衡(变化时不一定);⑥各组分的转化率或产率不变;⑦若某组分有色，体系的颜色不再改变时一定平衡(变化时不一定)。
2.反应类型分析:
(1)对于反应:mA2(气) nB2(气) pC(气) Q,下述特征标志均表示可逆反应达到了平衡状态:
①生成A2的速率与消耗A2的速率相等; 生成B2的速率与消耗B2的速率相等;
生成C的速率与分解C的速率相等; 生成C的分子数与分解C的分子数相等;
生成A2的速率:消耗B2的速率= m:n 消耗A2的速率:生成B2的速率=m:n
消耗A2的速率:消耗C的速率=m:p 消耗B2的速率:消耗C的速率=n:p
生成A2的速率:生成C的速率=m:p 生成B2的速率:生成C的速率=n:p
单位时间内,每生成pmolC的同时生成了mmolA2和n molB2；
单位时间内,每消耗pmolC的同时消耗了mmolA2和n molB2
②A2、B2、C的 (质量、体积、物质的量)百分组成、分子数之比不变;
③A2、B2、C的 物质的量浓度不变; ④A2、B2的转化率不变;
⑤C的产率不变; ⑥气体的颜色不变; ⑦隔热条件下,体系温度不变;
(2)当反应前后气体的体积相等时,即m n = p时:
⑧A2、B2、C的物质的量浓度不变或物质的量浓度之比不变，也标志反应达到了平衡状态;
但物质的量浓度大小、气体颜色深浅因外界压强改变而改变,平衡不移动,平衡状态不变。故这两项发生改变时,不能作为判定反应是否达到了平衡状态或平衡是否发生了移动的标志。
⑨气体的总物质的量、总压强、总体积、单位体积内分子总数、气体密度、平均分子量大小因反应前后始终不变,有的或随外加压强改变而变化但平衡不移动。故不能判定反应是否达到了平衡状态或平衡是否发生了移动。因而通常不作为平衡标志。
(3)当反应前后气体的体积不相等时,即m n≠p时,下列各项也可作为判定反应达到了平衡状态或平衡不再发生移动的标志:
⑩ A2、B2、C的物质的量不变时; 单位体积内分子总数不变时;
恒容下体系压强不变时; 恒压下体系的总体积不变时;
平均分子量不变时; 混合物的密度不变时:
针对练习
1.在一定温度下,反应A2(气) B2(气) 2AB(气)达到平衡的标志是 ( )
A.单位时间内生成n mol的A2 同时生成nmol的AB
B.容器内的总压强不随时间变化
C.单位时间内生成 2nmol的AB同时生成 n mol的B2
D.单位时间内生成n mol的A2 同时生成nmol的B2
2.在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明反应: A(固) 3B(气) 2C(气) D(气)已达平衡状态的是 ( )
A.混合气体的压强 B.混合气体的密度
C.B的物质的量浓度 D.气体的总物质的量
3.下列说法可以证实反应N2 3H2 2NH3 已达平衡状态的是 ( )
A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键形成
B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H－H键断裂
C.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键断裂
D.1个N≡N键断裂的同时,有6个N－H键形成
4.对于可逆反应N2 3H2 2NH3,下列能表示反应处于化学平衡状态的是( )
A. 正反应V(N2)= 1/3mol/L·s, 逆反应V(H2)= 2/3mol/L·s
B. 正反应V(NH3)=1 mol/L·s , 逆反应V(H2)=3/2mol/L·s
C. 正反应V(NH3)=2 mol/L·s , 逆反应V(N2)=2 mol/L·s
D. 正反应V(NH3)=2 mol/L·s, 逆反应V(H 2)=1 mol/L·s
5.在一定温度下,下列叙述不是可逆反应A(气) 3B(气) 2C(气) 2D(固)达到平衡的标志的是 ( )
①C的生成速率与C的分解速率相等 ②单位时间内生成amolA,同时生成3amolB
③A、B、C的浓度不再变化 ④A、B、C的分压强不再变化
⑤混合气体的总压强不再变化 ⑥混合气体的物质的量不再变化
⑦单位时间内消耗amolA,同时生成 3amolB
⑧A、B、C、D的分子数之比为1:3:2:2
A.②⑧ B.②⑤⑧ C.①③④⑦ D.②⑤⑥⑧
6.在恒温下的密闭容器中,有可逆反应2NO2 N2O4 热量,下列能说明反应达到了平衡状态的是 ( )
①NO2缔合生成N2O4的速率与N2O4分解生成NO2速率相等时
②C（NO2） = C（N2O4）时 ③N2O4 处于不再分解时
④NO2的分子数与N2O4 分子数比为2:1时 ⑤体系颜色深浅不再发生改变时
⑥反应器中压强不再随时间变化时 ⑦混合气体的平均分子量保持不变时
⑧混合气体的密度保持不变时
A.①③⑤⑧ B.②④⑥⑧ C.③⑤⑦ D.⑤⑥⑦
7.可逆反应2HI(气) H2(气) I2(气)达到平衡后,当改变外界条件(如某一物质浓度、体系压强、温度等)而发生下列项目的变化时,能作为平衡一定发生了移动的标志是( )
A.气体的密度发生了变化 B.气体的平均分子量发生了变化
C.气体的颜色发生了变化 D.体系的温度发生了变化
8.在373K时,密闭容器中充入一定物质的量的NO2 和SO2 ,发生如下反应: NO2 SO2 NO SO3 ,达到平衡时,下列叙述正确的是 ( )
A. NO 和 SO3 的物质的量一定相等
B. NO2和 SO2 的物质的量一定相等
C.平衡体系中总物质的量一定等于反应开始时总物质的量
D.SO2 、NO2、NO、SO3 的物质的量一定相等
针对性练习答案与提示
1、C 2、BC(难点提示:因反应消耗固体A,气体的总质量发生了变化,因而未达平衡时气体密度会改变。) 3、AC(提示BD均为正反应速率) 4、B 5、A 6、D
7、BD(B项变化可能是只改变[H2]或只改变[I2]引起,故各组分的百分含量一定改变。) 8、A C
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