# 动态平衡

> IB 化学 HL · IB 文凭项目 化学 HL（2025 大纲）
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-hl-u5-dynamic-equilibrium/

本模块讲解动态化学平衡的核心定义与性质，可逆与不可逆反应的区别，以及IB化学HL考试中常考的常见误区。

**先修:** [反应速率基础](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-hl-u4-reaction-rates/)

## 学习目标

- 区分可逆反应和不可逆反应
- 解释化学平衡的动态性
- 描述封闭体系中平衡体系的关键性质
- 识别关于动态平衡的常见误区

## 可逆与不可逆反应及封闭体系

大多数化学反应不会进行到底（所有反应物都转化为产物），它们可以同时向正方向（反应物→产物）和逆方向（产物→反应物）进行，因此是可逆的。不可逆反应只能向一个方向进行，通常是因为产物离开了体系，或平衡位置极度偏向产物一侧。

**可逆反应** — 在相同反应条件下可同时向正、逆两个方向进行的反应

*记法:* ⇌

*例:* N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)

**例题:** 将下列反应分类为可逆或不可逆：(1) 敞口容器中甲烷的燃烧，(2) 固体硫酸铜在水中的溶解，(3) 敞口烧杯中碳酸钙的分解。

1. 步骤1：分析每个反应在当前反应条件下能否逆向进行
2. 1. 甲烷燃烧生成CO₂和水蒸气，它们会离开敞口体系，无法自发重新生成甲烷和氧气，因此：
3. 结果：不可逆
4. 2. 硫酸铜溶解为离子，在相同条件下蒸发水可以重新得到固体硫酸铜，因此：
5. 结果：可逆
6. 3. 敞口烧杯中CaCO₃分解释放的CO₂气体会逸出，无法发生逆反应，因此：
7. 结果：不可逆

> **考试提示:** 务必注意反应体系是敞口还是封闭：不可逆反应大多发生在产物会流失的敞口体系中。

## 平衡的动态性

当可逆反应在封闭体系（没有物质进出）中进行时，随着反应物被消耗，正反应速率逐渐降低；随着产物生成，逆反应速率逐渐升高。最终两个速率相等：这就是动态平衡。

**动态平衡** — 封闭可逆反应体系达到的稳态，此时正反应速率等于逆反应速率，因此所有反应物和生成物的浓度随时间保持恒定。

一个常见误区是认为反应在平衡时停止。实际上，正、逆反应都以相等速率持续进行，因此平衡被描述为*动态*的。浓度没有净变化，因为正反应带来的任何变化都会被逆反应带来的等量变化抵消。

**例题:** 解释为什么下列等式可以证明平衡时浓度恒定：$rate_{forward} = rate_{reverse}$

1. 步骤1：正反应消耗反应物、生成产物，因此会改变所有物种的浓度
2. 步骤2：逆反应消耗产物、重新生成反应物，因此会带来相反的浓度变化
3. 步骤3：当速率相等时，正反应每秒消耗的反应物量等于逆反应每秒生成的反应物量
4. 结论：随时间不会发生浓度净变化，因此浓度保持恒定

> **tip**
>
> 如果考试题目要求你解释动态平衡，你必须提到*正、逆反应以相等速率持续进行*才能得满分，只提到浓度恒定无法拿到全部分数。

## 平衡体系的关键性质

- 只能在**封闭体系**（不与环境交换物质）中建立
- 具有可逆性：相同条件下，无论从反应物还是生成物开始反应，都能达到相同的平衡位置
- 具有动态性：正、逆反应以相等速率持续进行
- 所有反应物和生成物的浓度随时间**恒定（而非相等）**
- 根据勒夏特列原理，温度、浓度或压强的改变会破坏平衡

**例题:** 1.0 mol H₂和1.0 mol I₂在400℃下于1 dm³的封闭容器中反应生成2HI，达到平衡时[HI] = 1.56 mol dm⁻³。若在相同容器、相同温度下加入2.0 mol HI，达到平衡时[HI]是多少？

1. 步骤1：平衡的核心性质是：如果条件（温度、体积、总起始物质的量）相同，无论从哪个方向（反应物或生成物）开始，都能达到相同的平衡位置。
2. 步骤2：从2.0 mol HI开始相当于从1.0 mol H₂ + 1.0 mol I₂开始的逆过程，因此最终平衡组成完全相同。
3. 结果：平衡 [HI] = 1.56 mol dm⁻³

**概念自测**

测试你对核心性质的理解

1. 下列关于动态平衡体系的说法哪个正确？

   - A. 正反应停止
   - B. 反应物和生成物浓度相等
   - C. 正反应速率 = 逆反应速率
   - D. 平衡不能被破坏

   *解析:* A错误：反应仍在继续。B错误：浓度是恒定的，而非相等。D错误：改变条件会破坏平衡。

## 常见错误

- **错误做法:** 认为平衡意味着反应物和生成物浓度相等
  - 原因: 将反应的'速率相等'混淆为物种的'浓度相等'
  - 正确做法: 平衡时，正、逆反应速率相等，因此浓度恒定（不一定相等）
- **错误做法:** 认为敞口体系可以建立动态平衡
  - 原因: 忽略了敞口体系中物质流失，无法达到稳态
  - 正确做法: 动态平衡只能在不与环境交换物质的封闭体系中建立
- **错误做法:** 认为反应在平衡时停止
  - 原因: 将没有净变化错误理解为完全没有反应发生
  - 正确做法: 平衡是动态的：正、逆反应都以相等速率持续进行
- **错误做法:** 认为无论起始条件如何，都会形成相同的平衡位置
  - 原因: 忘记平衡位置取决于温度、压强和起始量
  - 正确做法: 只有当温度、体积和起始总物质的量都相同时，从任意方向开始都能得到相同的平衡位置

## 速查表

| 性质 | 动态平衡的核心特征 |
| --- | --- |
| 反应类型 | 必须可逆 |
| 体系要求 | 封闭体系（无物质交换） |
| 速率关系 | $rate_{forward} = rate_{reverse}$ |
| 浓度行为 | 随时间恒定，而非相等 |
| 动态性 | 反应持续进行 |
| 起始方向 | 相同条件下，从反应物或生成物开始都能得到相同平衡 |

## 下一步

动态平衡是IB化学HL所有平衡相关主题的基础概念。掌握其核心性质与定义，对应用勒夏特列原理、计算平衡常数，以及解决酸碱平衡、溶度积、缓冲体系等更复杂问题至关重要。本文梳理的误区都是考试中常见的陷阱，定期复习有助于你避免丢失送分题分数。通过下方主题继续拓展，即可掌握所有IB HL平衡的学习要求。

- [平衡常数](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-hl-u5-the-equilibrium-constant/)
- [AHL：进阶化学计量与滴定计算](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-hl-u5-ahl-advanced-stoichiometry-and-titration/)

---

来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-chemistry-hl-u5-dynamic-equilibrium/