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化学 · 反应速度·平衡

动态平衡与平衡常数

在动态平衡状态下,正向反应和逆向反应同时进行,从而导致反应速率相等。这并不意味着当浓度保持不变时,分子层面的反应就会停止。

相关实验:动态平衡与浓度变化 →
动态平衡与浓度变化
动态平衡与浓度变化实验场景 →

意义与机制

当前向反应速率与逆反应速率相等,且在一个封闭系统中,每个物质的宏观浓度保持在恒定水平。这种现象被称为动态平衡。

当添加产物或改变反应物时,反应速率之间的平衡被破坏。 随着我们接近新的平衡,适合特定条件的平衡,浓度又发生了变化。

关系与条件

在 A ⇌ B 这种一级反应模型中,对于本次实验,在平衡状态下,kf[A] = kr[B],且 [B]/[A] = kf/kr。对于一般的反应,平衡方程是通过考虑系数和活动来确定的。

平衡常数会根据反应的温度而变化。改变初始浓度会改变平衡组成;然而,在相同温度下,任意改变K是不可能的。

观察实验中需要注意的事物

当A加入时,正向反应会在短时间内加速,从而增加B。 在新的平衡状态下,两个速率相等,浓度比恢复到K。

假设 A ↔ B 是一种一阶反应,体积和温度恒定。添加 A 导致浓度瞬间增加,而体积不发生变化。RK4 时间间隔为 1/120 s。30 s 处于接近平衡的状态,并且存在有限时间的残余。K 代表该模型中浓度比 [B]/[A],以及忽略了活性和多步反应。

关键关系与符号

d[A]/dt = −kf[A]+kr[B] · K = kf/kr

符号及公式中使用的单位
符号含义单位
kf, kr前向速率常数和后向速率常数s⁻¹ (实验模型)
K平衡常数在标准条件下

工作实例

什么是动态平衡的正确含义?

当 kf[A] = kr[B] 时,浓度变为恒定。 [B]/[A] = kf/kr = K,但浓度本身不需要相同。

常见误解

  • 在平衡状态下,反应物和产物的浓度不一定相等,但两个方向的反应速率必须相等。

通过实验探索这个概念

参考文献

OpenStax · 化学 2e (英文)