《化学平衡思维导图》
一、化学平衡概念
1.1 可逆反应
- 定义： 在同一条件下，既能向正方向进行，又能向逆方向进行的反应。
- 表示： 使用双向箭头（⇌）。
- 特点：
- 反应物和生成物共存。
- 反应始终没有完全进行。
1.2 化学平衡状态
- 定义： 在一定条件下的可逆反应中，正逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
- 特征：
- “等”： v(正) = v(逆) ≠ 0 (动态平衡)
- “定”： 各组分浓度、百分含量保持不变
- “动”： 反应仍在进行，正逆反应速率相等
- “变”： 条件改变，平衡可能被破坏并发生移动
1.3 化学平衡的判断
- 直接判断：
- 单位时间内，同一物质的生成速率和消耗速率相等。
- 各组分的浓度、质量、体积分数等保持不变。
- 间接判断：
- 利用某些物理量（如颜色、压强、密度等）不变来判断。
- 需注意：
- 压强不变并不一定代表平衡，需要结合反应前后气体分子数是否变化来判断。
- 密度不变需要结合容器体积是否变化来判断。
- 颜色不变需要保证有色物质的浓度是否变化。
二、化学平衡常数（K）
2.1 定义
- 定义： 在一定温度下，当一个可逆反应达到平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值。
- 表达式： 对于反应 aA(g) + bB(g) ⇌ cC(g) + dD(g)，K = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b
2.2 影响因素
- 温度：
- 温度升高，放热反应K减小，吸热反应K增大。
- K值随温度变化而变化，是温度的函数。
- 催化剂：
- 催化剂只改变反应速率，不影响平衡，因此不影响K值。
- 浓度、压强：
- 浓度和压强的改变会引起平衡移动，但不会改变K值。（因为K值建立在平衡基础上，浓度压强的改变只是让平衡到达另外一个状态，其K值仍旧不变。）
2.3 应用
- 判断反应进行的程度：
- K值越大，反应进行的程度越大，反应物转化率越高。
- K > 10^5 通常认为反应进行完全。
- 判断反应是否达到平衡状态：
- 计算浓度商Qc = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b (非平衡状态下的浓度)
- 比较Qc与K的大小：
- Qc < K：反应向正方向进行
- Qc > K：反应向逆方向进行
- Qc = K：反应处于平衡状态
- 计算平衡时的浓度或转化率：
- 利用“三段式”法，根据K值计算平衡浓度。
三、化学平衡的移动
3.1 勒夏特列原理
- 内容： 如果改变影响平衡的条件之一（如浓度、压强、温度等），平衡就向着减弱这种改变的方向移动。
- 适用范围： 只适用于有气体参与的可逆反应。
3.2 影响因素
- 浓度：
- 增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动。
- 增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。
- 减小反应物浓度，平衡向逆反应方向移动。
- 减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动。
- 压强：
- 增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移动。
- 减小压强，平衡向气体分子数增加的方向移动。
- 若反应前后气体分子数不变，压强变化不影响平衡。
- 温度：
- 升高温度，平衡向吸热反应方向移动。
- 降低温度，平衡向放热反应方向移动。
- 催化剂：
- 催化剂只改变反应速率，不影响平衡的移动。
3.3 平衡移动的图像分析
- 纵坐标通常表示： 浓度、转化率、百分含量、反应速率等。
- 横坐标通常表示： 时间、温度、压强等。
- 图像分析要点：
- 先拐先平：先达到平衡状态的速率更快。
- 定一议二：固定一个条件，讨论其他两个条件的影响。
- 注意图像起始点的含义。
四、平衡计算（三段式）
4.1 原理
- 根据反应方程式，列出反应物和生成物的起始量、变化量和平衡量。
- 利用化学平衡常数K，或已知平衡浓度，求出其他未知量。
4.2 应用
- 计算平衡常数K
- 计算转化率、平衡浓度、反应速率等
- 判断平衡移动的方向
五、特殊平衡问题
5.1 等效平衡
- 定义： 在相同条件下，对于同一可逆反应，通过改变起始浓度，达到与原平衡完全相同的平衡状态。
- 判断方法：
- 恒温恒容下： 若起始量按计量数之比相等，则为等效平衡。
- 恒温恒压下： 若起始物质的物质的量之比与化学计量数相同，则为等效平衡。
- 应用：
- 推断平衡移动方向
- 计算平衡时各组分的浓度
5.2 浓度对平衡的影响（水解平衡、溶解平衡等）
- 弱电解质的电离平衡、盐类的水解平衡、难溶电解质的溶解平衡等都属于特殊的化学平衡。
- 浓度的改变会影响这些平衡的移动。
- 可利用平衡常数，或平衡移动原理进行分析。
六、总结
化学平衡是一个动态的平衡状态，受到多种因素的影响。掌握化学平衡的概念、平衡常数、平衡移动原理，能够更好地理解和应用化学反应。 同时，能够通过图像、数据来分析和解决实际问题。