平衡狀態的標志——變量不變

學習化學工程中判斷達到化學平衡狀態的標志是許多同學犯難的問題。大多數教師都是從化學平衡狀態的定義入手，得出化學平衡的標志：一是，V正=V逆；二是，各組分的物質的量、質量、含量保持不變。 筆者認為不能作為化學平衡狀態標志的量中一種是不變量，另一種是不能確定能夠變為不變量的變量。

一 變量——反應速率

反應速率是判斷平衡狀態的直接依據，在平衡建立過程中反應速率是最重要的變量。當反應的速率不再變化時，反應達到最大限度，即反應達到平衡狀態。

可逆反應的速率不再變化時，因為反應的正反應速率和逆反應速率相等，由于反應始末物質的濃度不同，正反應速率也在不斷地變化，因此單一的正反應速率或逆反應速率不變也可以作為判斷平衡狀態的依據。

正逆反應速率可以用不同的反應物和生成物表示，通常也稱為生成速率和消耗速率，或單位時間內生成的量和消耗的量。其關系如下：

Aa+bB cC+dD

正向：正反應速率大，逆反應速率小；

逆向：正反應速率小，逆反應速率大。

判斷平衡狀態常用V正=V逆表示，也就是該反應的速率不再變化了。對于V正=V逆可以理解為是上式第一行和第二行的關系，同一列相等，不同列數值符合化學計量數比值。

二 個量中的變量

反應體系中存在著各種量，有的是個體的量，有的是總體系的量，要區分對待。

個量主要有：（1）各組成成分的質量、物質的量、分子數、體積（氣體）、物質的量濃度；（2）各組成成分的質量分數、物質的量分數、氣體的體積分數；（3）反應物的轉化率、產物的產率；（4）反應體系的顏色，體系的顏色與有色物質的濃度有關，所以作為個體量。

在平衡建立的過程中，這些個體的量都在不斷地變化，它們均是變量，所以當這些量不變時，反應就達到平衡了。但也有個別不變的個量（如相對分子質量）是不能作為判斷依據的。

三 總量中的變量

反應體系中的總量主要為氣體物質的總物質的量—總質量，以及衍生出的密度、平均相對分子質量—總分子個數、壓強、溫度等。在研究這些總量時，需要根據反應的化學方程式及反應條件確定是變量還是恒量。

1.氣體總物質的量（體積、壓強、分子數）

氣體總物質的量是否變量，需要根據不同的反應判斷。對于反應：

aA（g）+bB（g） cC（g）+dD（g）

若a+b=c+d，則體系的總物質的量不變是恒量，不能作為判斷平衡的標志；若a+b≠c+d，則體系的總物質的量為變量，當總物質的量不變時，平衡就達到了。

若在氣態反應體系中存在固、液態反應物或生成物，在判斷氣體總物質的量時不考慮固、液態物質。

如對于反應：aA（s）+bB（g） cC（g）+dD（g），只需比較b與c、d的關系。

根據阿伏加德羅定律，壓強（恒溫、恒容）、體積（恒溫、恒壓）和分子數與總物質的量成正比。

總物質的量是恒量，它們也是恒量，總物質的量是變量，它們就是變量。

2.氣體總質量

若反應物和生成物均為氣體，則反應總質量不變（總質量是恒量）；若反應物或生成物中存在固體或液體物質，則氣體的總質量為變量。

3.密度（平均相對分子質量）

這里的密度一般是指氣體密度，它受外界條件的影響，在平衡中的氣體密度一般要根據公式p=m/V確定。

對于反應：

aA（g）+bB（g） cC（g）+dD（g）

恒容條件下，氣體的總質量是定值，故密度是恒量。恒壓條件下，若a+b=c+d，則體積不變，密度不變，密度是恒量；若a+b≠c+d，則體積是變量，密度也是變量。

對于反應：

aA（s）+bB（g） cC（g）+dD（g）

恒容條件下，氣體的總質量是變量，故密度是變量。恒壓條件下，因為氣體的總質量是變量，所以密度也是變量。因此，對于有固體或液體參與的反應，密度總是一個變量，可以作為判斷平衡的標志。

根據阿伏加德羅定律，一定條件下氣體的密度與平均相對分子質量成正比。所以在一個反應體系中，密度是變量，平均相對分子質量就是變量；密度是恒量，平均相對分子質量也就是恒量。當然平均相對分子質量也可以由公式M=m/n確定。

4.溫度

任何化學反應都伴隨著能量的變化，所以絕熱體系中溫度隨反應進行會發生變化，溫度是一個變量，溫度不變，就達到了平衡狀態。

綜合上述，判斷平衡狀態的依據就是變量不變達平衡。

〔責任編輯：龐遠燕〕