学习指南

动态平衡

IB 化学 HL· R2: How much / how fast / how far?· 15 分钟阅读

1. 可逆与不可逆反应及封闭体系★★☆☆☆⏱ 5 min

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。

📘 定义

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

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. 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. 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. 3

    结果：不可逆

  4. 4
    1. 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. 5

    结果：可逆

  6. 6
    1. 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. 7

    结果：不可逆

Exam tip:

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。

2. 平衡的动态性★★★☆☆⏱ 5 min

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。

📘 定义

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：

  1. 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. 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. 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. 4

    结论：随时间不会发生浓度净变化，因此浓度保持恒定

3. 平衡体系的关键性质★★★☆☆⏱ 5 min

  • 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. 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. 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. 3

    结果：平衡 [HI] = 1.56 mol dm⁻³

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  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

    显示答案
    C. 正反应速率 = 逆反应速率 —

    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。

4. 常见陷阱

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

5. 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

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

6. 常见问题

平衡是否意味着反应物和生成物浓度相等？

不对。动态平衡只要求正反应速率等于逆反应速率。所有物种的浓度是恒定的，而非相等。

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

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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。