化学自习室移动版

问题1、判断一个可逆反应达到平衡状态的方法有很多，比如反应混合物的密度不变、压强不变、反应体系的颜色不变等，哪一种是切实可靠的呢？

在学习化学平衡状态判断时，总有人想“省事”，试图通过总结归纳、简单记忆的办法解决问题。比如，

对于反应m A＋n B ⇌ p C＋q D，下列特征能不能说明其已经达到平衡状态了呢？

①A、B、C、D在体系内共存；

②体系的压强不再发生变化；

③混合气体的密度不再发生变化；

④反应的速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q；

⑤产物C的质量分数不再变化；

⑥产物D的物质的量分数不再变化；

⑦物质的量浓度c(A)∶c(B)∶c(C)∶c(D)＝m∶n∶p∶q；

⑧用A表示的正反应速率与用B表示的逆反应速率数值相等；

这些“依据”，对于不同反应条件、不同特征的反应，有的有用，有的则不能用。

判断一个反应是否达到平衡状态，根本依据是化学平衡的本质特征—正反应速率与逆反应速率相等。至于该特征的具体表现是怎样的，要结合反应的具体特点(单纯气相还是气液、气固平衡，如果是单纯气相反应，反应前后气体体积是否相等)，反应容器的特征(恒容容器还是恒压容器)进行分析。

靠死记硬背别人总结的“规律”“套公式”的方法，不可能很好地解决问题，请看下面的例题。

例(2012年江苏卷)将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：

H₂NCOONH₄(s)⇌2NH₃(g)＋CO₂(g)。

可以判断该分解反应已经达到化学平衡的是           (填序号)。

A.2 v(NH₃)＝v(CO₂)；

B.密闭容器中总压强不变；

C.密闭容器中混合气体的密度不变；

D.密闭容器中氨气的体积分数不变。

命题人所选的反应非常特别—在恒温、恒容容器中，一种固体物质分解，产生两种气体。

显然，当容器中总压强不变时，意味着气体的物质的量不再变化，那么反应物固体的量也不会再发生变化，说明已经达到平衡(选项B)；而气体的密度不再变化时，由于容器体积恒定不变，说明气体产物的量不再变化，那么反应物固体的量也不会再发生变化，达到平衡(选项C)．而适用于很多场合的“某一成分(NH₃)体积分数不变(选项D)”则不适用于此题—因为该体系内，只有产物中含有NH₃、CO₂两种气体，二者的体积比始终为2∶1，不论反应是否达到平衡状态，这个体积比始终不会变化。

可逆反应是否达到了平衡状态，宏观上还可以用Q、K关系进行判断，进而可以判断某时刻反应的宏观方向。

问题2、如图1，t₁时刻达到平衡后，为什么 v_正 不再继续减小，v_逆 不再继续增大)，而是一直维持 v_正＝v_逆 的平衡状态呢？

回答此问题的关键，是理解清楚图中O点的化学含义。

在其他条件一定的情况下，影响正反应速率和逆反应速率的唯一因素是反应物、产物的浓度。达到平衡之前，由于正反应速率总是比逆反应速率大，单位时间内反应物减少的量(正反应)总比产生的量(逆反应)多，所以宏观上反应物的浓度是在减小的，而产物的浓度则不断增大。而一旦到达O点，v_正＝v_逆，则意味着从此点开始，单位时间内反应物减少的量(正反应)与产生的量(逆反应)相等，宏观上反应物的浓度不再发生变化，产物的浓度也不再发生变化．那么，由反应物浓度决定的正反应速率不再变化，由产物浓度决定的逆反应速率也不再发生变化。只要外界条件不变，v_正＝v_逆 的关系则不会发生改变，也就不存在v_正继续减小、v_逆继续增大的可能性了。

问题3、可逆反应从开始到平衡过程的速率图象，为什么一定是图1的样子，而非图2、图3的样子呢？

我们要明确，图1~3这些“速率－时间”图像的前提条件是：除反应物浓度一个变量外，其他反应条件(温度、反应器容积等)都是一定的。

对于一个从正反应开始的可逆反应而言，开始瞬间的 v_正 必然处于最大值，因为这时反应物浓度是最大的，而v_逆 则为0，因为逆反应的反应物(也就是产物)浓度为0。反应一旦开始，反应物变为产物，则反应物浓度下降，v_正 随之减小；产物(逆反应的反应物)浓度不断上升，v_逆 随之增大，直到二者达到相等的程度，形成化学平衡状态(图1的O点)。

这个 v_正 减小、v_逆 增大的过程不会是匀速的(图2所示)，为什么呢？因为在达到平衡状态之前，反应是净向正反应方向进行的，净反应速率 v＝v_正－v_逆，是随着时间的延长逐渐减小的，也就是说，开始阶段反应物浓度减小得快，而接近平衡时间段反应物浓度减小得慢。v_正 是受反应物浓度影响的，故而 v_正 减小的幅度也是先快而后慢。v_逆 的变化情况论述同理。

基于以上论述可知，图3的情况( v_正 减小的幅度及 v_逆 增大的幅度先慢后快)就更不可能出现了。