平衡狀態(tài)的標志——變量不變

學(xué)習(xí)化學(xué)工程中判斷達到化學(xué)平衡狀態(tài)的標志是許多同學(xué)犯難的問題。大多數(shù)教師都是從化學(xué)平衡狀態(tài)的定義入手，得出化學(xué)平衡的標志：一是，V正=V逆；二是，各組分的物質(zhì)的量、質(zhì)量、含量保持不變。 筆者認為不能作為化學(xué)平衡狀態(tài)標志的量中一種是不變量，另一種是不能確定能夠變?yōu)椴蛔兞康淖兞俊?/p>

一 變量——反應(yīng)速率

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

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

正逆反應(yīng)速率可以用不同的反應(yīng)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(nèi)生成的量和消耗的量。其關(guān)系如下：

Aa+bB cC+dD

正向：正反應(yīng)速率大，逆反應(yīng)速率小；

逆向：正反應(yīng)速率小，逆反應(yīng)速率大。

判斷平衡狀態(tài)常用V正=V逆表示，也就是該反應(yīng)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(guān)系，同一列相等，不同列數(shù)值符合化學(xué)計量數(shù)比值。

二 個量中的變量

反應(yīng)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(qū)分對待。

個量主要有：（1）各組成成分的質(zhì)量、物質(zhì)的量、分子數(shù)、體積（氣體）、物質(zhì)的量濃度；（2）各組成成分的質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)的量分數(shù)、氣體的體積分數(shù)；（3）反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物的產(chǎn)率；（4）反應(yīng)體系的顏色，體系的顏色與有色物質(zhì)的濃度有關(guān)，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(yīng)就達到平衡了。但也有個別不變的個量（如相對分子質(zhì)量）是不能作為判斷依據(jù)的。

三 總量中的變量

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

1.氣體總物質(zhì)的量（體積、壓強、分子數(shù)）

氣體總物質(zhì)的量是否變量，需要根據(jù)不同的反應(yīng)判斷。對于反應(yīng)：

aA（g）+bB（g） cC（g）+dD（g）

若a+b=c+d，則體系的總物質(zhì)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(zhì)的量為變量，當總物質(zhì)的量不變時，平衡就達到了。

若在氣態(tài)反應(yīng)體系中存在固、液態(tài)反應(yīng)物或生成物，在判斷氣體總物質(zhì)的量時不考慮固、液態(tài)物質(zhì)。

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

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

總物質(zhì)的量是恒量，它們也是恒量，總物質(zhì)的量是變量，它們就是變量。

2.氣體總質(zhì)量

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

3.密度（平均相對分子質(zhì)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(jù)公式p=m/V確定。

對于反應(yīng)：

aA（g）+bB（g） cC（g）+dD（g）

恒容條件下，氣體的總質(zhì)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(yīng)：

aA（s）+bB（g） cC（g）+dD（g）

恒容條件下，氣體的總質(zhì)量是變量，故密度是變量。恒壓條件下，因為氣體的總質(zhì)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(yīng)，密度總是一個變量，可以作為判斷平衡的標志。

根據(jù)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(zhì)量成正比。所以在一個反應(yīng)體系中，密度是變量，平均相對分子質(zhì)量就是變量；密度是恒量，平均相對分子質(zhì)量也就是恒量。當然平均相對分子質(zhì)量也可以由公式M=m/n確定。

4.溫度

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

綜合上述，判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)就是變量不變達平衡。

〔責(zé)任編輯：龐遠燕〕