化学平衡

此条目的主題是描述化学平衡。关于其他領域的平衡，請見「平衡 (消歧義)」。

化学平衡（英語：Chemical equilibrium）是指在宏观条件一定的可逆反应中，化学反应正逆反应速率相等，反应物和生成物各组分浓度不再改变的状态。可用Δ_rG_m=Σ_νΑμΑ=0判断，μ_A是反应中A物质的化学势。也就是说，化学反应达到平衡状态，意味着生成物的吉布斯自由能G达到最小。理论上来讲，对于产物已知的化学反应，应用吉布斯最小自由能法，结合反应物和生成物的热力学数据，就可以计算出平衡产物。

化学反应一定都能达到平衡状态，如纯化学反应物之间生成纯的产物就可达到平衡，直到反应物耗完为止。理论上讲，任何化学反应都是可逆反应，只不过对于平衡常数非常大的化学反应，由于反应进行得很彻底，就认为该反应不可逆。

在不同的条件（浓度、温度、压强等）下，化学平衡能保持不同的平衡關係（濃度等）。一个化学反应达到化学平衡后，如果条件（浓度、温度、压强等）发生变化，平衡将被打破，直至达成新的平衡。根据勒沙特列原理，如一個已達平衡的系統被改变，該系統會隨之改善來抗衡該改变。

内容

化学平衡是化学热力学的重要组成部分。主要讨论：

1. 化学反应的热效应（热化学）
2. 化学反应的方向
3. 化学反应的限度
4. 各种外界因素对化学平衡的影响
5. 平衡所需要之時間

化學平衡的特徵

1. 逆：化學平衡存在於可逆反應中。
2. 等：正反應與逆反應速率相等。
3. 動：化學平衡是一種動態平衡，也就是說，雖然宏觀下物質的量不再改變，但實際[微觀]上是物質不斷反應與生成。
4. 定：宏觀下反應物與生成物的物質的量恒定不再改變。
5. 變：條件改變，化學平衡就可能移動。
6. 閉：一個化學平衡只存在於一個閉合系統，沒有物質的進入或離開。

化学平衡反应的种类以及示例

1.一般化学平衡（可逆反应）

• 平衡示例：
  • ${\displaystyle \mathrm {Cl_{2}} (g)+\mathrm {H_{2}O} (l)\rightleftharpoons \mathrm {HCl} (aq)+\mathrm {HClO} (aq)}$ 

2.溶解平衡

• 平衡示例：
  • ${\displaystyle \mathrm {CO_{2}} (g)\rightleftharpoons \mathrm {CO_{2}} (aq)}$ 

3.沉淀平衡

• 平衡示例：
  • ${\displaystyle \mathrm {Ag^{+}} (aq)+\mathrm {Cl^{-}} (aq)\rightleftharpoons \mathrm {AgCl} (s)}$ 

4.电离平衡

• 平衡示例：
  • 弱酸：${\displaystyle \mathrm {3HF\rightleftharpoons H_{2}F^{+}+HF_{2}^{-}} }$ 
  • 弱碱：${\displaystyle \mathrm {NH_{3}+H_{2}O\rightleftharpoons NH_{4}^{+}+OH^{-}} }$ 
  • ${\displaystyle \mathrm {H_{2}O:2H_{2}O\rightleftharpoons H_{3}O^{+}+OH^{-}} }$ 

化學平衡的標誌

直接標誌

• 正逆反應速率相等
• 反應物與生成物物質的量不再改變

間接標誌

• 反应前后气体体积不同的反应，气体体积不发生改变。
  • 如反应${\displaystyle \mathrm {N_{2}} (g)+\mathrm {3H_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2NH_{3}} (g)}$ ，若其体积不发生改变，则说明已经达到平衡。
• 反应物和生成物颜色不同的反应，混合物的颜色不发生改变。
  • 如反应${\displaystyle \mathrm {2NO_{2}} (g)}$ （红棕色）${\displaystyle \leftrightarrow \mathrm {N_{2}O_{4}} (g)}$ （无色），若混合气体颜色不发生改变，则说明已经达到平衡。
• 反应前后气体体积不同的反应，气体密度不发生改变。
  • 如反应${\displaystyle \mathrm {2SO_{2}} (g)+\mathrm {O_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2SO_{3}} (g)}$ ，若混合气体密度不发生改变，则说明已经达到平衡。
• 反应体系的热量不再发生变化。
  • 如反应${\displaystyle \mathrm {N_{2}} (g)+\mathrm {3H_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2NH_{3}} (g)-Q}$ ，若混合气体不放热或吸热，则说明反应已经达到平衡。

參見

• 可逆反應
• 正反應
• 逆反應
• 化學平衡常數
• 濃度商
• 轉化率
• 勒沙特列原理
• 等效平衡