化学平衡判定规律小结
化学平衡状态 在高中化学教学实践中发现,很多学生在学习化学平衡时,对如何判定化学反应是否达到了化学平衡状态理解不透彻,做题时不能做出准确的判断,为此,笔者结合自身的教学经验和体会,现总结如下。
规律一:正、逆反应速率相等
对于可逆反应,正反应是反应物向生成物转化的方向,即反应物的质量(或物质的量)减少
、生成物的质量(或物质的量)增加的方向,所以,υ(正)可以用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。反之,υ(逆)可以用单位时间内反应物浓度的增加或生成物浓度的减少来表示。即同一物质既可以表示正反应速率又可以表示逆反应速率。
以aA(g)+bB(g)?cC(g)+dD(g)反应为例:
1.同一物质的正反应速率与逆反应速率相等。υ(A消耗)=υ(A生成),υ(C消耗)=υ(C生成)。
2.两种物质表示的相反方向的化学反应速率之比等于化学计量数之比。例如:当υ(A消耗):υ(B生成) =a:b时,因为同方向各物质表示的化学反应速率之比等于化学计量数之比,υ(A消耗):υ(B消耗) =a:b,所以得出结论: υ(B消耗)=υ(B生成),达到平衡。
规律二:各组分的质量或浓度保持不变
若A的消耗速率等于生成速率,则A的质量保持不变,即达到平衡状态。此刻,其他物质的质量也不变,则A的含量保持不变,即各组分的含量均保持不变。反应中的任一物质,其质
量、物质的量、质量分数、物质的量分数或气体的体积分数保持不变,均可以作为判断达到化学平衡状态的标志。
规律三:用“变量”判断平衡状态
“变量”即未达到平衡时不断变化,达到平衡就保持不变的量。例如,A的质量或物质的量。“恒量”即未达到平衡时和平衡时相等的量,即始终保持不变的量。例如,以上反应中气体的总质量。首先要准确判断一个量属于“变量”还是“恒量”,然后就可以确定当此量不变时化学反应是否达到化学平衡状态。
1.气体总物质的量(或总分子数)不变时:化学计量数与物质的量或分子数成正比,若a+b=c+d,即反应前和反应后气体总物质的量(或总分子数)相等,在建立平衡的过程中该量是保持不变的,是“非变量”,此时不一定是平衡状态;若 a+b≠c+d,该量为“变量”,此时一定是平衡状态。
2.温度、体积一定,体系的总压强不变时:气体压强与物质的量成正比,与化学计量数成正比,以上反应中若a+b=c+d,体系的总压强为“非变量”,此时不一定平衡; a+b≠c+d, 体系的总压强为“变量”,此时一定平衡。
3.温度、压强一定,体系的总体积不变时:气体体积与物质的量成正比,与化学计量数成正比,以上反应中a+b=c+d时不一定平衡; a+b≠c+d时一定平衡。
4.温度、压强一定,气体的平均密度不变时:ρ=m/V。
以上反应中反应物、生成物均为气体,气体的总质量m是“非变量”,a+b=c+d时,气体总体积V是“非变量”,所以,密度ρ是“非变量”, 气体的平均密度不变时不一定平衡。
若A为固体,正向建立平衡时,气体的总质量m是“变量”,逐渐增大,达到平衡时,各气体质量均不变,气体的总质量m才不变, 若b=c+d,气体总体积V是“非变量”,所以,密度ρ是“变量”,ρ随m的增大而增大,平衡时不再变化,气体的平均密度不变时达到平衡。
5.温度、压强一定,气体的平均相对分子质量(气体的平均摩尔质量)不变时:M=m/n。
反应物、生成物均为气体时,气体的总质量m是“非变量”, a+b=c+d时,气体总物质的量n是“非变量”,所以, M是“非变量”, 气体的平均摩尔质量M不变时不一定平衡。
若C为固体,正向建立平衡时,气体的总质量m是“变量”,逐渐减小,达到平衡时气体的总
质量m才不变, 若a+b=d,气体总物质的量n是“非变量”,所以,M是“变量”, M随m减小而减小,平衡时不再变化,气体的平均摩尔质量不变时达到平衡。
6.温度、体积一定时,气体颜不变时:是平衡状态。有气体颜越深,说明其浓度越大,颜随浓度变化,浓度不变时,颜不变,说明达到平衡状态。
7.绝热条件下,温度不变时是平衡状态。化学反应伴随能量变化,正反应和逆反应能量变化相反,若正反应放热,则逆反应吸热,当正向建立平衡时,体系温度不断上升,温度是“变量”,当温度不变时达到平衡。
通过教学实践发现,学生只要充分领会以上内容,就能够准确地做出判断,掌握好这类问题的思考方法是最重要的,这样即使出现其他未知的情况,也能迎刃而解。
参考文献:
普通高中课程标准实验教科书《化学》(选修4化学反应原理)[M].第三版.北京:人民教育出版社,2007.
(责编 赵建荣)
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