师：各位同学好。这堂课我们在已经学习化学反应速率的基础上，继续来学习化学平衡的建立与化学平衡状态。本节课的学习目标有三个：一、了解化学反应的可逆性，能说出可逆反应的定义；二、能说出化学平衡建立的过程，并且能用速率 - 时间图像来表达；三、知道化学平衡状态的特征，并且能判断一个可逆反应是否处于化学平衡状态。

　　首先，活动一：认识可逆反应。在以往的学习中，像镁条的燃烧、金属钠和水的反应，在做这些计算题时，我们从未关心过化学反应能否彻底进行，也就是限度的问题，它们不存在限度，反应能彻底进行。但对于可逆反应，就有限度，反应不能进行得彻底。其实对于限度问题，我们并不陌生，比如初中我们学过的溶解问题。将一大块糖投入水中，一段时间后，溶液会达到饱和，糖块不可能全部溶解。在形成的饱和溶液中，我们看到固体的质量不再减少，但其外形却在变化，有的棱角会消失，这说明糖的溶解有一定的限度。其实我们知道，这时固体溶质在溶解的同时，溶液中的溶质还存在结晶的过程。既然固体溶解和溶液结晶这两个过程一直存在，为什么在起初我们只看到固体溶解的过程，而在溶液饱和后却看不到任何变化了呢？我们可以通过速率 - 时间图来展示，因为起初溶解速率大于溶液中溶质的结晶速率，所以我们看到的是溶解这个相对较大的过程。当溶解速率等于结晶速率时，我们就看不到任何变化，认为溶液已达饱和。就像水池的水位变化一样，当进水口的进水量等于出水口的出水量时，水位将保持不变。

　　可逆反应也有这样的特征。以合成氨工业为例，它有正反应方向和逆反应方向，所以可逆反应具有的特征之一就是双向性。在这个反应中，请同学们思考，(v_{正})和(v_{逆})分别指的是什么？都和谁的浓度有关系？(v_{正})对于反应物来说，指的是它的消耗速率；对于生成物来说，指的是它的生成速率，而其反应速率取决于氮气和氢气的浓度。在其他条件不变时，我们知道消耗速率跟浓度有关，而生成物的生成速率也是取决于反应物的浓度。所以(v_{正})（反应物消耗速率）与(v_{正})（生成物生成速率）之间，根据之前我们学习的(v = \frac{\Delta c}{\Delta t})，因为(\Delta)之比等于系数之比，所以这两个(v_{正})之比就等于其计量数之比。

　　好，我们再来看(v_{逆})，同理，(v_{逆})分别代表什么物理含义呢？对于氮气、氢气的(v_{逆})，作为反应物来说，指的是它们的生成速率；作为生成物氨气来说，(v_{逆})指代的是它的消耗速率，而它们的速率是受氨气的浓度影响的。这是可逆反应的第一个特征——双向性。

　　可逆反应的第二个特征是双同性，强调哪两个同呢？指的是同一条件同时发生。我们来看一些例子，比如杉杉能源与千旭电子签署战略合作协议（此处例子与可逆反应判断无关，可删去），再看氢气和氧气燃烧生成水，以及水的分解，仔细观察发现这两个反应，正反应和逆反应的反应条件不同，所以这两个反应都不属于可逆反应。

　　可逆反应的第三个特征是不彻底性，即共存性。可逆反应不能进行完全，所以存在限度，达到平衡时，任何一种物质都不可能为零，反应物的转化率小于(100%)，也就是反应物和生成物一定是共存的局面，这就是可逆反应的不彻底性。

　　我们来看例题一，有这么一个可逆反应。A选项说起始浓度(1:3)怎么求算呢？我们看出来平衡时的浓度(x:y = 1:3)，由于反应系数是(1:3)，即(\Delta)之比为(1:3)，所以起始浓度必然为(1:3)。B选项，(y)的生成速率是逆反应，(z)的生成速率是正反应，当平衡时，(y)和(z)的速率之比必然满足系数之比。C选项，(x)、(y)的转化率和A选项相似。刚刚我们说过，由于起始浓度为(1:3)，(\Delta)之比为(1:3)，所以转化率应该是(1:1)，C错误。D选项，(x)的起始浓度，如果反应是从(z)开始渐增，那(c_1)可以为(0)吗？当然起始时不为(0)，所以(c_1 > 0)。它的极大值是从(x)、(y)开始建立平衡，将(0.08)摩尔的(z)完全逆向进行，则生成(x)(0.04)摩尔，所以(x)的极大值为(0.14)摩尔。本题答案选择C。

　　好，我们接下来了解常见的可逆反应有哪些。一是合成氨工业，氢气和碘蒸气可逆生成碘化氢气体；二是硫酸工业中的二氧化硫和氧气催化氧化成三氧化硫；还有二氧化硫、二氧化碳、氨气等溶于水的反应，包括氯气溶于水、二氧化氮和四氧化二氮的可逆反应等。只有可逆反应才有限度，才有化学平衡。

　　那么什么是化学平衡呢？活动二：化学平衡状态。首先我们以合成氨工业为例来感受一下化学平衡状态的建立。我们从速率 - 时间图以氮气为例，起始时由于氮气浓度最大，随着反应的进行，氮气浓度降低，所以氮气的消耗速率(v_{正})慢慢变小。氮气的生成速率是由氨气的浓度来决定的，起始时氨气浓度为(0)，所以氮气的生成速率(v_{逆})也为(0)。随着反应的进行，氨气浓度逐渐变大，所以(v_{逆})（氮气的生成速率）从零开始逐渐增大。到时间(T_1)必然会(v_{正}=v_{逆})，意味着氮气的消耗速率等于氮气的生成速率，也就意味着氮气的浓度保持不变。

　　我们把可逆反应处于这样的一种状态称作化学平衡状态，简称为化学平衡。那我们来捋一下究竟什么叫化学平衡。第一，它的研究对象一定是可逆反应，当处于某种状态时，我们把这种可逆反应的状态称作化学平衡状态。达到什么指标呢？一是同一物质的消耗速率等于其生成速率，或者在这个反应体系中该组成成分的浓度保持不变。当然我们知道反应速率受外界条件的影响，所以一定要在外界条件不变，即一定条件下。所以化学平衡是指一定条件下的可逆反应，当同一物质的(v_{正}=v_{逆})，组成体系中各组成成分的浓度保持不变的这样一种状态，称作化学平衡状态，简称为化学平衡。所以理解化学平衡是处于一种状态。

　　活动三：一个可逆反应如果已经达到化学平衡状态，那么它具有哪些特征呢？根据刚刚化学平衡状态的定义，我们看到：

　　“一等”指的是(v_{正}=v_{逆})，即同一物质的消耗速率等于其生成速率。

　　“二动”指的是它是一个动态平衡，不能说该反应已经停止了。从“一等”这一项中，我们既看到了(v_{正}=v_{逆})，同时还看到了它们不等于(0)，说明反应在进行过程中。就像刚刚举例的水池，当进水的水量等于出水的水量时，虽然水位高度保持不变，但不能说进水、出水已经停止了。

　　“三定”指的是反应混合物中各组成成分的含量保持不变，各组成成分的浓度保持一定。注意，各组成成分保持一定、保持不变，不能理解成各组成成分非得要跟反应方程式的计量数成某种关联，只是达到平衡时各组成成分的量保持一定，不再变化。

　　“四变”指的是如果外界条件发生变化，那么反应速率就会发生变化，(v_{正})就不再等于(v_{逆})，原平衡就会被破坏，一段时间后会建立新的平衡，这就是我们以后要学习的化学平衡的移动问题。所以化学平衡具有“等、动、定、变”这(4)个特征。

　　那么如何判断一个可逆反应是否已经处于化学平衡状态呢？怎样证明已经达到化学平衡状态了呢？我们严格按照化学平衡状态的定义中的两个指标：一个指标是同一物质的消耗速率等于生成速率，第二个指标是组成成分保持不变，即牢牢抓住两点——“正逆相等，变量不变”。两个指标中任何一个指标成立就可以说明已达化学平衡状态。

　　首先我们来看第一个指标“正逆相等”。对于合成氨工业来说，如果用同一物质作为参照对象，那么其消耗速率等于生成速率，这就符合我们的定义，它已经处于化学平衡状态。例如我们以氮气的(v_{正}=v_{逆})，即氮气的消耗速率等于氮气的生成速率，那么它已经处于化学平衡状态。这个速率我们也可以用单位时间内的物质的量的生成和消耗来表达，也可以用化学键的角度来表达。譬如说单位时间内断裂(1)摩尔(N≡N)键的同时形成了(1)摩尔(N≡N)键，那它就是达到化学平衡状态。

　　如果对于不同物质而言，那我们一定要满足正逆反应速率必须等于其化学计量数之比。在用不同物质来判断时，一定要讲两点：一定要说出(v_{正})和(v_{逆})，不能同时表达(v_{正})或(v_{逆})；一定要使速率之比等于其计量数之比。例如单位时间内消耗了(3)摩尔氢气指的是(v_{正})，对于氨气来说，就一定要说(v_{逆})消耗(2)摩尔氨气。如果题目中给出的是同时生成(2)摩尔氨气，那是不可以的，因为单位时间内消耗(3)摩尔氢气，必然生成(2)摩尔氨气。注意，如果指的是同一方向，那是无效的速率表达，一定要指(v_{正})和(v_{逆})两个方向。例如，单位时间内消耗(1)摩尔氮气指的是(v_{正})，对于氢气来说就必须要指生成(3)摩尔氢气，生成(3)摩尔氢气一定是(v_{逆})。请看这个判断：消耗(1)摩尔氮气同时消耗(3)摩尔氢气指的是(v_{正})（氮气）和(v_{正})（氢气），那这个是不能作为判断依据的，因为它们两个是同一个速率方向。同理，单位时间内消耗(1)摩尔氮气，指的是(v_{正})，同时生成(2)摩尔氨气，那也是(v_{正})，所以也是不能作为判断依据的。