化学平衡

化学平衡（英语：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。

化学反应不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无法达到平衡，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关系（浓度等）。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，如一个已达平衡的系统被改变，该系统会随之改善来抗衡该改变。

内容

化学平衡是化学热力学的重要组成部分。主要讨论：

化学反应的热效应（热化学）
化学反应的方向
化学反应的限度
各种外界因素对化学平衡的影响
平衡所需要之时间

化学平衡的特征

逆：化学平衡存在于可逆反应中。
等：正反应与逆反应速率相等。
动：化学平衡是一种动态平衡，也就是说，虽然宏观下物质的量不再改变，但实际[微观]上是物质不断反应与生成。
定：宏观下反应物与生成物的物质的量恒定不再改变。
变：条件改变，化学平衡就可能移动。
闭：一个化学平衡只存在于一个闭合系统，没有物质的进入或离开。

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：
- $\mathrm{Cl_{2}}(g) + \mathrm{H_{2}O}(l) \rightleftharpoons \mathrm{HCl}(aq) + \mathrm{HClO}(aq)$

2.溶解平衡

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

3.沉淀平衡

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

4.电离平衡

平衡示例：
- 弱酸： $\mathrm{ 3HF \rightleftharpoons H_2F^+ + HF_2^-}$
- 弱碱： $\mathrm{ NH_3+H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-}$
- $\mathrm{ H_2O: 2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-}$

化学平衡的标志

直接标志

正逆反应速率相等
反应物与生成物物质的量不再改变

间接标志

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 $\mathrm{N_{2}}(g) + \mathrm{3H_{2}}(g) \leftrightarrow \mathrm{2NH_{3}}(g)$ ，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 $\mathrm{2NO_{2}}(g)$ （红棕色） $\leftrightarrow \mathrm{N_{2}O_{4}}(g)$ （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 $\mathrm{2SO_{2}}(g) + \mathrm{O_{2}}(g) \leftrightarrow \mathrm{2SO_{3}}(g)$ ，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 $\mathrm{N_{2}}(g) + \mathrm{3H_{2}}(g) \leftrightarrow \mathrm{2NH_{3}}(g) - Q$ ，若混合气体不放热或吸热，则说明反应已经达到平衡。

参见