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化学平衡状态的判断标志

来源:作者:何立功 点击:所属专题: 平衡状态
化学平衡状态的判断是化学平衡教学中的难点,为了帮助同学们有效地掌握这方面的知识,笔者对化学平衡的概念深入剖析,总结规律,从不同侧面认识化学平衡,以化解难点,提高对知识的应用能力。 一.剖析概念,把握标志 化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反

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化学平衡状态的判断是化学平衡教学中的难点,为了帮助同学们有效地掌握这方面的知识,笔者对化学平衡的概念深入剖析,总结规律,从不同侧面认识化学平衡,以化解难点,提高对知识的应用能力。

一.剖析概念,把握标志

化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。从其概念可知,判断一个可逆反应在一定条件下是否达到平衡状态主要根据两点:一是根据化学平衡状态的本质特征——正反应速率与逆反应速率相等;二是根据化学平衡状态的宏观表现——各组分的浓度保持不变。

二.深入理解,把握规律

㈠化学平衡状态的一般标志

化学平衡状态的标志可概括为“一等五不变”,现以mA(g)+nB(g)化学平衡状态的判断标志pC(g)+qD(g)为例,化抽象为具体,提高学生对此标志的理解。

1.一等

      “一等”即正反应速率等于逆反应速率,其意义是针对反应体系中同一反应物(或生成物)而言的,而不是同一反应中的不同物质。若用同一反应中不同物质来表示正反应速率和逆反应速率,必须要求两速率反向(切忌单向速率)且两速率之比等于其对应的化学计量数之比。

在试题中可有以下几种具体形式出现:

⑴同一物质的正反应速率等于逆反应速率,如υA(消耗)=υA(生成)或υD(消耗)=υD(生成)。

⑵某反应物的正反应速率与另一反应物的逆反应速率之比等于化学计量数之比,如υA(消耗):υB(生成) =m:n,或υC(消耗):υD(生成) =p:q。

⑶某反应物的正反应速率与某生成物的逆反应速率之比等于化学计量数之比,如υA(消耗):υC(消耗) =m:p,或υB(生成):υD(生成) = n:q。

⑷对同一物质而言,断化学平衡状态的判断标志裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。

2.五不变

“五不变”即反应混合物中各组分的浓度保持不变,其意义是指各组分的物质的量不变;各组分的浓度不变;各组分的百分含量不变;反应物的转化率不变;对于全为气体的可逆反应,当m+n╪p+q时,混合气体总物质的量不变。

在试题中可有以下几种具体形式出现:

⑴各组分的物质的量不变,如一定温度的密闭容器中,A、B、C、D的分子数不再改变。

⑵各组分的浓度不变,如外界条件不变时,对于有颜色的物质参加或生成的可逆反应,混合气体的颜色不随时间发生变化。

⑶各组分的百分含量不变,如各组分的体积分数、物质的量分数、质量分数保持不变。

⑷反应物的转化率不变,如在一定条件下,A或B的转化率不再改变。

以上各项既适用于反应前后气体化学计量数之和不相等的可逆反应,又适用反应前后气体化学计量数之和相等的可逆反应。

⑸对于全为气体参加的前后化学计量数改变的可逆反应,混合气体总物质的量不变。如当m+n╪p+q时,恒温恒容时,体系的总压强不发生变化;当m+n╪p+q时,恒温恒压时,体系的总体积不发生变化;当m+n╪p+q时,恒容时混合气体的平均相对分子质量不发生变化。

  ㈡化学平衡状态的特殊标志

在恒容条件下,混合气体的密度能否作为化学平衡状态的标志呢?这主要看可逆反应中有无非气态物质参加或生成。因为该条件下的气体密度只和气体的质量有关,若是全气态物质参加的可逆反应,在恒容条件下,不论是否达到平衡,混合气体的总质量都不发生变化,混合气体的密度不发生变化,此时不能作为化学平衡状态的判断标志。若有非气态物质参与的可逆反应,在恒容条件下,只有达到平衡时,混合气体的总质量才不会发生变化,混合气体的密度不会发生变化,此时密度才能作为化学平衡状态的判断标志。

三.分清条件,灵活应用

1.全为气体参加的前后化学计量数和不相等的可逆反应平衡状态的判定

例1.在一定温度下,向aL密闭容器中加入1molX气体和2molY气体,发生如下反应:X(g)+2Y(g)化学平衡状态的判断标志2Z(g),此反应达到平衡的标志是(   )

A.容器内压强不随时间变化

B.容器内各物质的量浓度不随时间变化

C.容器内X、Y、Z的浓度之比为1:2:2

D.单位时间内消耗0.1molX同时生成0.2molZ

解析:该反应为气体物质的量减小的反应,容器内压强不随时间变化时,即气体的总物质的量不再变化,各物质的量浓度也不再变化,表明该反应达到了平衡状态,选项A、B都正确。选项C描述的是反应中X、Y、Z三种物质的化学计量数之比,与平衡状态无关。选项D两种速率都是正反应速率,无逆反应速率。故本题应选A、B。

2.全为气体参加的前后化学计量数和相等的可逆反应平衡状态的判定

例2.某温度下,在一固定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:H2(g)+I2(g)化学平衡状态的判断标志2HI(g),下列情况能说明该反应一定达到平衡的是(   )

A.混合气体的颜色不再改变的状态

B.混合气体的压强不再改变的状态

C.单位时间内拆开1mol氢氢键,同时生成1mol氢氢键

D.混合气体的密度不再改变的状态

解析:选项A中混合气体的颜色不再改变,说明碘蒸气的浓度保持一定,已达到平衡。选项B不能作为平衡状态的判断依据,因为该反应前后气体系数和相等,恒温恒容时,不论是否达到平衡,均无压强的变化。选项C表示υ正=υ逆这一实质,能说明已达到平衡。选项D由于气体质量恒定,在恒容容器中反应,密度始终不变,不能作为判断依据。故正确答案为A、C。

3.有非气态物质参加的可逆反应达到平衡状态的判定

例3.在一定条件下,反应A(s)+2B(g)化学平衡状态的判断标志C(g)+D(g)达到平衡状态的标志是(   )

A.单位时间内生成nmolC,同时生成nmolD

B.容器内压强不随时间变化而变化

C.容器内混合气体的密度不随时间变化而变化

D.B的浓度不再变化

解析:选项A无论是否达到化学平衡,单位时间内生成nmolC的同时,必生成nmolD,A错误。该反应前后气体系数和相等,故B项不能作为判断依据。因该反应有固体参加,随着反应的进行气体的质量不断改变,恒容时,容器内混合气体密度不再发生变化,说明反应已平衡,选项C正确。B的浓度不变,说明也已达平衡,选项D也正确。故本题正确答案为C、D。

(责任编辑:化学自习室)
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