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化学平衡状态的判断是化学平衡中的一个难点,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(υ正=υ逆);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。
不仅可逆反应有几种类型(不等体积的反应、等体积的反应、有固体参加的等体积的反应),针对反应混合物中各组分又有很多表征的物理量,这样一来,显得这部分内容比较杂乱,如何梳理便于掌握,笔者对其深入剖析,针对第二点总结出了一种方法——分层判断法。
一、正反应速率与逆反应速率相等
澄清两个问题:
1.υ正和υ逆的含义:正反应是从反应物向生成物方向进行的反应,也可以说是反应物的量在减少或生成物的量在增加的反应。可以看出υ正可以指反应物的量减少的速率,也可以指生成物的量增加的速率。同理逆反应是从生成物向反应物方向进行的反应,也可以说是反应物的量在增加或生成物的量在减少的反应,可以看出υ逆可以指反应物的量增加的速率,也可以指生成物的量减少的速率。这说明每种物质都有υ正和υ逆两种速率。
2.υ正=υ逆的含义:其含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:
以aA(g)+bB(g)→cC(g)+dD(g)反应为例:
(1)同一物质的正反应速率等于逆反应速率,如υ(A)(消耗)=υ(A)(生成)或υ(D)(消耗)=υ(D)(生成)。
(2)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υ(A)(消耗):υ(B)(生成)=a:b
或υ(C)(消耗):υ(D)(生成)=c:d
(3)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υ(A)(消耗):υ(C)(消耗)=a:c
或υ(B)(生成):υ(D)(生成)=b:d
(4)对同一物质而言,断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等。
下面举一个具体的可逆反应进行分析从υ正=υ逆这一点上如何判断该反应是否达到平衡了。
以N2+3H2→2NH3为例
υ正(N2):υ正(H2):υ正(NH3)=1:3:2,这个关系是永远成立的,不能从各物质正反应速率的关系上去判断反应是否达到平衡了。同理υ逆(N2):υ逆(H2):υ逆(NH3)=1:3:2,这个关系是永远成立的,不能从各物质逆反应速率的关系上去判断反应是否达到平衡了。
因此像题目中若给出了当3υ正(N2)=υ正(H2)时、当3υ逆(N2)=υ逆(H2)时等,反应达到平衡的说法均是错误的。那若给出了当3υ正(N2)=υ逆(H2)时、当3υ逆(N2)=υ正(H2)时,反应达到平衡的说法均是正确的,因为3υ正(N2)=υ正(H2)、3υ逆(N2)=υ逆(H2)是永远成立的,所以当有3υ正(N2)=υ逆(H2)、3υ逆(N2)=υ正(H2)时,可以通过等量代换,得到υ正(N2)=υ逆(N2)或υ正(H2)=υ逆(H2),因此得到的是同一种物质的正、逆速率相等了,反应肯定是达到平衡的。(周六继续刊登)