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化學平衡狀態的判斷是化學平衡中的一個難點,從其概念可知,判斷一個可逆反應在一定條件下是否達到平衡狀態主要根據兩點:一是根據化學平衡狀態的本質特征——正反應速率與逆反應速率相等(υ正=υ逆);二是根據化學平衡狀態的宏觀表現——各組分的濃度保持不變。
不僅可逆反應有幾種類型(不等體積的反應、等體積的反應、有固體參加的等體積的反應),針對反應混合物中各組分又有很多表征的物理量,這樣一來,顯得這部分內容比較雜亂,如何梳理便於掌握,筆者對其深入剖析,針對第二點總結出了一種方法——分層判斷法。
一、正反應速率與逆反應速率相等
澄清兩個問題:
1.υ正和υ逆的含義:正反應是從反應物向生成物方向進行的反應,也可以說是反應物的量在減少或生成物的量在增加的反應。可以看出υ正可以指反應物的量減少的速率,也可以指生成物的量增加的速率。同理逆反應是從生成物向反應物方向進行的反應,也可以說是反應物的量在增加或生成物的量在減少的反應,可以看出υ逆可以指反應物的量增加的速率,也可以指生成物的量減少的速率。這說明每種物質都有υ正和υ逆兩種速率。
2.υ正=υ逆的含義:其含義是針對反應體系中同一反應物(或生成物)而言的,而不是同一反應中的不同物質。若用同一反應中不同物質來表示正反應速率和逆反應速率,必須要求兩速率反向(切忌單向速率),且兩速率之比等於其對應的化學計量數之比。在試題中可有以下幾種具體形式出現:
以aA(g)+bB(g)→cC(g)+dD(g)反應為例:
(1)同一物質的正反應速率等於逆反應速率,如υ(A)(消耗)=υ(A)(生成)或υ(D)(消耗)=υ(D)(生成)。
(2)某反應物的正反應速率與另一反應物的逆反應速率之比等於化學計量數之比。
如υ(A)(消耗):υ(B)(生成)=a:b
或υ(C)(消耗):υ(D)(生成)=c:d
(3)某反應物的正反應速率與某生成物的逆反應速率之比等於化學計量數之比。
如υ(A)(消耗):υ(C)(消耗)=a:c
或υ(B)(生成):υ(D)(生成)=b:d
(4)對同一物質而言,斷裂化學鍵的物質的量與形成化學鍵的物質的量相等。
下面舉一個具體的可逆反應進行分析從υ正=υ逆這一點上如何判斷該反應是否達到平衡了。
以N2+3H2→2NH3為例
υ正(N2):υ正(H2):υ正(NH3)=1:3:2,這個關系是永遠成立的,不能從各物質正反應速率的關系上去判斷反應是否達到平衡了。同理υ逆(N2):υ逆(H2):υ逆(NH3)=1:3:2,這個關系是永遠成立的,不能從各物質逆反應速率的關系上去判斷反應是否達到平衡了。
因此像題目中若給出了當3υ正(N2)=υ正(H2)時、當3υ逆(N2)=υ逆(H2)時等,反應達到平衡的說法均是錯誤的。那若給出了當3υ正(N2)=υ逆(H2)時、當3υ逆(N2)=υ正(H2)時,反應達到平衡的說法均是正確的,因為3υ正(N2)=υ正(H2)、3υ逆(N2)=υ逆(H2)是永遠成立的,所以當有3υ正(N2)=υ逆(H2)、3υ逆(N2)=υ正(H2)時,可以通過等量代換,得到υ正(N2)=υ逆(N2)或υ正(H2)=υ逆(H2),因此得到的是同一種物質的正、逆速率相等了,反應肯定是達到平衡的。(周六繼續刊登)
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