化学平衡--学习指导--知识结构
一、有关的计算关系： |
二、化学平衡的基本概念
1．化学平衡状态的判断
⑴V正=V逆。
⑵反应体系中各组分的物质的量浓度或体积分数等保持不变。
⑶均由气体参加的△V≠0的可逆反应，压强保持不变或平均分子量保持不变。
⑷对于有颜色物质参加或生成的可逆反应，颜色不随时间发生变化。
⑸对于同一物质而言，断裂化学键和形成化学键的物质的量相等。
2．有关平衡问题的几点注意
⑴对于已达平衡的可逆反应，若温度一定，改变体系压强(改变容器体积)，是否引起平衡移动要看反应是否有气体参加、反应前后气体的总物质的量(总体积)是否改变。例如：对于 H2O(g)+CO(g)
H2(g)+CO2(g)，反应前后△V=0，压强和体积的改变使正逆反应速率同幅度改变(但不等于原来的V正和V逆)，所以不引起平衡的移动。而对于2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)，反应前后△V≠0，压强和体积的改变必然引起正逆反应速率的不同幅度的变化，因此平衡向着速率更大的反应方向移动。
⑵反应体系的总体积、总物质的量、平均分子量、总分子数一定，均不能肯定可逆反应达到了平衡状态。
⑶对于已达平衡的可逆反应，其他条件不变时，温度的改变必然引起平衡的移动。升高温度，V正、V逆都增大，但吸热反应的速率增得更大，平衡向着吸热反应方向移动；降低温度，V正、V逆都降低，但吸热反应的速率降得更低，平衡向着放热反应的方向移动。即化学平衡总是向着反应速率相对更大的方向移动。
⑷催化剂只是同幅度地改变化学反应的速率，缩短或延长可逆反应到达平衡的时间，故可改变单位时间内的产量，但不能改变产率，也不能改变转化率。即催化剂不能使化学平衡发生移动。
⑸对于已达平衡的可逆反应，其他条件不变时，增加某种反应物的浓度，可提高另一反应物的转化率，而增加浓度的物质的转化率却降低，使平衡向正反应方向移动，产物物质的量增加，但产物在混合物中的百分含量不一定增加。
⑹在已达平衡的可逆反应 m A（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）的容器中充入氩气，若恒温恒容，总压虽然增大，但各物质的有效浓度没有改变，正逆反应速率没有改变，所以平衡不移动；若恒压恒温，体积必然增大,反应物和生成物的浓度同时减小，相当于减压，平衡向着总体积增大的方向移动。
⑺变压强时，混和气体的颜色变化以2NO2N2O4达平衡时为例。若加压 ，容器内气体的颜色变化是先深后浅，原因先是由于密度的增大而变深，后因平衡的移动而变浅。若减压，气体的颜色则先浅后深。对于H2+Br22HBr的反应达平衡后，由于改变压强，平衡不移动，所以加压时气体颜色只变深不再变浅，减 压时，只变浅不再变深。
三、化学与社会
1.生活中的化学平衡之一--怎样吃菠菜
动画片《大力水手》中，每当大力水手吃下一罐菠菜后就会变得力大无穷。菠菜有这样大的作用，这是影片的夸张手法，但菠菜的确含有一定的营养成分，如维生素、铁质等。然而，大力水手大量地吃菠菜是错误的。因为过量食用菠菜，会造成人体缺钙。这个道理要从食用菠菜中存在的电离平衡说起。
菠菜中含有一种叫草酸的物质，其学名是乙二酸，结构简式为HOOC-COOH，味苦涩，溶于水，是二元弱酸：
HOOC-COOH→HOOC-COO－+ H+
HOOC-COO－ →－OOC－COO－+ H+
草酸进入人体后，在胃酸作用下，电离平衡向左移动。以分子形式存在的草酸，从药理上看，是一种有毒的物质，过量的草酸会腐蚀胃黏膜，还会对肾脏造成伤害，另外，草酸会跟人体内的Ca2+形成草酸钙沉淀，使摄入的钙质不易被利用，造成人体缺钙。那怎样才能吸收菠菜中的营养，又不被草酸伤害呢？
一种方法是除去草酸，即在油炒前，先将菠菜用热水烫一烫，草酸溶于水而除去，且这样炒的菠菜没有苦涩味。
另一种方法是把草酸转化为沉淀，这就是“菠菜烧豆腐”的方法。每100 g菠菜中含300 mg草酸，每100 g豆腐约含240 mg钙，因此，每70 g豆腐中的Ca2+，可以结合100 g菠菜中的草酸(不含菠菜自身的钙)，当大部分草酸跟钙结合，可使涩味大大降低，菜肴更加美味可口。草酸钙进入人体，部分被胃酸溶解，溶解后形成的Ca2+仍能被人体吸收，未溶解的部分则排出体外。因此，食物中的Ca2+正好是草酸的解毒剂，豆腐中损失的钙可以由其他食物补充。
2.生活中的化学平衡之二--酒精测定仪中的化学平衡
在公路上，常能见到交警拦下可疑车辆检查，请司机向一仪器中吹一口气，如果测定仪中橙红色的物质变为绿色，司机就要受到处罚，因为他饮酒后驾车，违反道路交通管理条例。
酒精仪中的橙红色物质是重铬酸钾，人饮酒后，血液中酒精含量增多，人呼出的气体中有乙醇的蒸气，遇到测定仪中的重铬酸钾，便发生如下的反应：
Cr2O72－+ 3C2H5OH + 8H+ →2Cr3+＋3CH3CHO + 7H2O
橙红色 绿色
橙红色的Cr2O72－转化为绿色的Cr3+，便能测出人呼出的气体中有乙醇成分。
然而酒精测定仪中还要加入硫酸，一方面上述反应要在酸性溶液中进行，同时要防止Cr2O72－转化为CrO42-，
即：2CrO42－ + 2H+→ Cr2O72－ + H2O 。这就是酒精测定仪中的化学平衡。
3.生活中的化学平衡之三--洗涤剂的有效利用
我们知道，油性污垢中的油脂成分因不溶于水而很难洗去。油脂的化学组成是高级脂肪酸的甘油酯，如果能水解成高级脂肪酸和甘油，那就很容易洗去。
油脂水解的方程式是：(RCOO)3C3H5 + 3H2O→ 3RCOOH + C3H5(OH)3
这是一个可逆反应，日常生活中以洗衣粉(或纯碱)作洗涤剂，其水溶液呈碱性，能与高级脂肪酸作用，使化学平衡向正反应方向移动。高级脂肪酸转化为钠盐，在水中溶解度增大，因此油污容易被水洗去。在日常生活中，洗衣粉等洗涤剂易溶于温水(特别是加酶洗衣粉)是由于温度升高，洗衣粉溶解度增大，即：浓度较大。温水有利于酶催化蛋白质等高分子化合物水解，同时蛋白质的水解、油脂的水解都是吸热反应，适当提高水温，会使洗涤效果更佳，但也应该注意，一味追求高水温会降低酶的催化能力，使其失去活性，从而降低洗涤效果。
4.生活中的化学平衡之四--自来水消毒
近年来，某些自来水厂在用液氯消毒自来水时，还加入少量液氨，这是什么原因呢？首先要明确液氯作自来水消毒剂的原理：氯气与水发生反应生成盐酸和次氯酸，其中次氯酸有强氧化性，能杀灭水中细菌，其化学方程式为：Cl2＋H2O = HCl＋HClO。次氯酸不稳定，受热或见光发生分解：2HClO = 2HCl + O2↑，使得消毒时间缩短，从而降低消毒的效果。
当向氯水中加入液氨时，液氨与氯水中的次氯酸有如下反应：
NH3＋HClO→ H2O＋NH2Cl，而NH2Cl较HClO稳定。
体系中的次氯酸同时满足两个平衡，其消毒杀菌后，由于浓度逐渐减小，使平衡向生成次氯酸的方向进行，当次氯酸浓度较高时，平衡向生成NH2Cl的方向移动，相当于暂时“贮存”，避免其分解所带来的损失。这样就延长了液氯的消毒时间。
5.生活中的化学平衡之五--大气臭氧层中的化学平衡
地球表面有大气层覆盖，离地面12 km以上的高空有一臭氧层(实际上是臭氧的浓度高些)，但它是地球生命的保护屏障。
我们知道，太阳辐射对生命危害极大的是紫外线。当太阳辐射通过臭氧层时，被吸收了约90％的紫外线，或者说把这些紫外辐射的能量转变为热量，使地面生命免受伤害。这其中的奥妙就在于臭氧层里存在着以下动态平衡的缘故：
O2 + O→ O3
现在来分析臭氧层中这一平衡是怎样建立的，又怎样把紫外辐射能转变为热能。首先，太阳辐射把高空的氧分子分裂为2个氧原子，性质异常活泼的氧原子跟氧分子结合成为臭氧。
O2 
O＋O， O2＋ O →O3
然后，在紫外线作用下，臭氧转化为氧气，并放出热量：
2O3
3O2 ＋ Q
这一反应被看作臭氧能吸收紫外线，即从能量角度看，相当于把紫外辐射能转变为热能。
臭氧分解生成的氧气，又会被太阳辐射作用生成氧原子，氧原子又会和氧分子结合成为臭氧，臭氧又吸收紫外线分解成为氧气…… 所以在臭氧层中，O3、O2和O处于动态平衡，构成了地球生命免受紫外线杀伤的天然屏障。
6.生活中的化学平衡之六--人体血液中的酸碱平衡
人体血液的pH是一个稳定的数值，正常值是7.4±0.05。这一数值保证了在血液中进行的各种生化反应。人体新陈代谢产生的酸性物质和碱性物质进入血液，但血液的pH仍会保持稳定，这是什么原因呢？
原来血液中有两对电离平衡，一对是HCO3-(碱性)和H2CO3(酸性)的平衡，另一对是HPO42-(碱性)和H2PO42-(酸性)的平衡。下面以HCO3-和H2CO3的电离为例说明血液pH稳定的原因。
人体血液中H2CO3和HCO3-物质的量之比为1∶20，维持血液的pH为7.4。平衡如下：
当酸性物质进入血液时，电离平衡向生成碳酸的方向进行，过多的碳酸由肺部加重呼吸排出二氧化碳，减少的HCO3-由肾脏调节补充，使血液中HCO3-与H2CO3仍维持正常的比值，使pH保持稳定。当有碱性物质进入人体血液，跟H2CO3作用，上述平衡向逆反应方向移动，过多的HCO3-由肾脏吸收，同时肺部呼吸变浅，减少二氧化碳的排出，血液的pH仍保持稳定。
然而，当发生肾功能障碍、肺功能衰退或腹泻、高烧等疾病时，血液中的HCO3-和H2CO3比例失调，就会造成酸中毒或碱中毒。临床指标：血液pH＞7.35，为碱中毒；血液pH＜7.35，为酸中毒。
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