化學平衡

此條目頁的主題是描述化學平衡。關於其他領域的平衡，請見「平衡 (消歧義)」。

化學平衡（英語：Chemical equilibrium）是指在宏觀條件的可逆反應中，化學反應正逆反應速率相等，且反應物濃度和生成物濃度不再改變的狀態。

化學平衡也是化學熱力學的主要研究內容。

化學平衡的特徵

當一個化學反應達到化學平衡後，需要外部變因恆定才能保持此平衡狀態。如果外部變因有所改變，此平衡狀態將被打破，反應將往另外一個平衡狀態進行。根據勒沙特列原理，當一個已達平衡的系統被變動，該系統會隨之改變，以抗衡該變動。

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恆定不再改變。
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。

化學平衡的判斷

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

• 反應前後氣體體積不同的反應，氣體體積不發生改變。
  • 如反應$\mathrm {N_{2}} (g)+\mathrm {3H_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2NH_{3}} (g)$，若其體積不發生改變，則說明已經達到平衡。
• 反應物和生成物顏色不同的反應，混合物的顏色不發生改變。
  • 如反應$\mathrm {2NO_{2}} (g)$（紅棕色）$\leftrightarrow \mathrm {N_{2}O_{4}} (g)$（無色），若混合氣體顏色不發生改變，則說明已經達到平衡。
• 反應前後氣體體積不同的反應，氣體密度不發生改變。
  • 如反應$\mathrm {2SO_{2}} (g)+\mathrm {O_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2SO_{3}} (g)$，若混合氣體密度不發生改變，則說明已經達到平衡。
• 反應體系的熱量不再發生變化。
  • 如反應$\mathrm {N_{2}} (g)+\mathrm {3H_{2}} (g)\leftrightarrow \mathrm {2NH_{3}} (g)-Q$，若混合氣體不放熱或吸熱，則說明反應已經達到平衡。

熱力學

判斷化學反應是否平衡，還可使用此式判斷

Δ_rG_m=Σ_νΑμΑ=0

其中，μ_A是指反應中A物質的化學勢。也就是說，化學反應達到平衡狀態，意味着生成物的吉布斯自由能G達到最小。理論上來講，對於產物已知的化學反應，應用吉布斯最小自由能法，結合反應物和生成物的熱力學數據，就可以計算出平衡產物。

化學平衡反應的種類以及示例

1.一般化學平衡（可逆反應）

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

2.溶解平衡

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

3.沉澱平衡

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

4.電離平衡

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

參見

• 熱化學
• 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