高中化学/目录/化学反应的可逆性与化学平衡的建立

可逆反应[编辑]

在之前的学习中，我们知道了二氧化硫转化为三氧化硫是一个可逆反应，其化学方程式为：

${\ce {2SO2 {+}O2 <=>[cat.][\Delta] 2SO3}}$

需要读者注意的是，正向反应和逆向反应是相对而言的。若将第一个方程式的反应物和生成物对调，那么正向反应和逆向反应也随之对调。

科学家的一系列研究表明，很多化学反应在进行时都具有可逆性，即正向反应（如上方程式中 ${\ce {2SO2{+}O2 -> 2SO3}}$ ）和逆向反应（如上方程式中 ${\ce {2SO3 -> 2SO2{+}O2}}$ ）在同时进行。

在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应被称为“可逆反应”。书写可逆反应的化学方程式时请用可逆号（ ${\ce {<=>}}$ ）连接。

那么，为什么我们平时书写的化学方程式大多都用的等号呢？

有些化学反应的正向反应与逆向反应的可逆程度差异很大（或化学反应的可逆程度很小，即逆反应倾向很小），高中阶段我们可以将其视为非可逆反应。

当可逆反应达到一种状态，此时体系内所有物质的物质的量浓度、体积分数等都不变时，我们就称这个状态为化学平衡（或平衡状态）。

当一个可逆反应达到化学平衡时，会有哪些特征呢？

首先，我们注意到了前几句话句句都有“可逆反应”这四个字，就说明化学平衡是建立在可逆反应的基础上的。若没有可逆反应，则化学平衡也毫无意义。

化学反应速率有瞬时速率和平均速率之分。在化学平衡状态时瞬时速率正反方向相等且不为0，平均速率正反方向相等但为0。

那么，化学平衡是一种静态平衡（指化学反应不再正向和逆向进行）吗？其实不然，它是一个动态平衡。当可逆反应达到化学平衡时，正向反应和逆向反应仍然在不停地发生，但正向反应的（瞬时）速率等于逆向反应的（瞬时）速率，所以在宏观上给我们造成了它是一种静态平衡的假象。

从定义中容易知道：达到平衡状态时，反应混合物中各组成成份的（百分）含量保持不变，反应速率保持不变，反应物的转化率保持不变，这些值都是一定的。

当外界条件改变时，化学平衡可能会发生移动，这部分内容将在外界条件对反应速率和化学平衡的影响学习。

既然是可逆反应，那么正向和逆向以相同的系数比建立的平衡应该具有等效性，即它们是相同的。

这里的起始量、改变量和平衡量可以是物质的量浓度，也可以是物质的量、质量等，对于纯气体反应还可以是体积等。但是需要注意的是，体积分数、物质的量分数一类的物理量一般不作为起始量、改变量和平衡量使用，因为讨论它们的变化过于复杂（分子和分母都在变化之中）。

在可逆反应达到平衡的过程中，起始时各物质的量和平衡时各物质的量是很重要的数据。因此我们可以使用起始时各物质的量（下简称起始量）、各物质改变的量（下简称改变量）、达到化学平衡时各物质的量（下简称平衡量）之间的关系来解决一些问题。例如可逆反应：

${\ce {2A(g){+}{\mathcal {x}}\ B(g)<=>3C(g)}}$

已知在反应开始时有A 2mol，B 5mol，C 3mol；达到平衡状态时剩余A 1mol，B 1mol，C 1.5mol。我们可以列出如下的三段式：

计算平衡量与起始量之差可求出改变量：A为1mol，B为4mol，C为1.5mol，则由等量关系

${\frac {2}{1}}={\frac {x}{4}}={\frac {3}{1.5}},$

解得

$x=8.$