什么是均衡？ –定义，类型，法律，效果
每个化学反应都希望达到稳定或平衡状态，因为不稳定的反应实际上几乎没有用处或没有用处。平衡使化学反应可用于实际目的。平衡不仅可以通过化学过程实现，也可以通过物理过程实现。取决于反应发生的条件和反应类型（如物理或化学），过程可以提前或延迟达到平衡状态。
Reactions can be classified into three categories depending on the extent to which they can proceed.
- The first kind of reactions are those which can proceed to their completion means concentrations of products formed are more as only a little or no amount of reactants are left.
- The second kind of reaction is the opposite of the first kind, these reactions proceed to a little extent and most of the concentration of reactants is left and a little amount of product is formed.
- The third kind of reaction is the one in which the concentration of reactants and concentration of products are nearly in equal amounts available.
例如，氧分子和蛋白质血红蛋白之间存在平衡，只有由于这种平衡，氧气才能从肺输送到肌肉，因此人类才得以存活。
什么是均衡？
Equilibrium means the state of stability or a state without any physical or chemical disturbance. In the context of chemical equilibrium can be defined as a state when the rate of forward and reverse reactions become equal and no net change is seen in the reaction.
- 反应物：用于引发任何化学反应的物质称为反应物。
- 产品：任何化学反应结束后形成的物质称为产品。
每当发生任何化学反应时，反应物的数量都会发生变化，因为反应物会不断减少，结果会形成产物，而产物的数量会增加。根据反应经过一定时间后，反应物和产物不会发生任何变化，这种状态就是平衡状态。
物理过程中的平衡将在以下标题中讨论。
固液平衡
Solid-liquid equilibrium is a phase transformation equilibrium in which solid gets converted to liquid and liquid gets converted to solid and when this conversion rate become equal and no visible change is seen in the solid and liquid state then this state is called as Solid-Liquid Equilibrium.
例如，将一杯加了一些水的冰保存在一个完全绝缘的管子中，这意味着管子与其周围环境之间不会发生能量交换。保温管内的温度接近0摄氏度。
观察：水和冰的量不随时间变化。绝缘管中的压力和温度也是恒定的。这种状态是固液平衡。但在分子水平上，变化正在发生，因为冰变成了水，水蒸气变成了冰，这两个过程的速率相等，这就是为什么看不到明显的变化。
H 2 O（固体）⇌ H 2 O（液体）
固液平衡
液汽平衡
Liquid-Vapour equilibrium is also a phase transformation equilibrium in which liquid gets converted to vapours and vapours gets converted to liquid and when this conversion rate become equal and no visible change is seen in the liquid and vapour state then this state is called as Liquid-Vapour Equilibrium.
例如，一杯热水被保存在一个完全绝缘的管子中，这意味着管子与其周围环境之间不会发生能量交换。水的温度是其沸点，即 100 摄氏度，保温管内保持 1.013 巴的压力。
观察：保持热水，使水蒸气蒸发，管内压力会增加，但一段时间后，由于冷凝过程压力会降低。会有一种状态，蒸发和冷凝过程将以相等的速率发生，这种状态是液-气平衡。
H 2 O（液体）⇌ H 2 O（蒸气）
液汽平衡
固汽平衡
Solid-Vapour equilibrium is also a type of phase transformation equilibrium in which solid directly gets converted to vapours without changing into liquid phase and vapours gets converted to solid and when this conversion rate become equal and no visible change is seen in the solid and vapour state then this state is called as Solid-Vapour Equilibrium.
由固态直接升华为气态的物质有固态碘、樟脑等。
例如，固体碘片在室温和压力下保存在完全绝缘的玻璃管中。
观察：观察到容器中充满了紫色的碘蒸气，并且颜色的强度持续增加了一段时间，之后出现了一种状态，在此之后碘和蒸气的固态状态没有明显变化碘的状态，这是固-气平衡。
I 2 (固体) ⇌ I 2 (蒸气)
上述实验也可以用樟脑来完成。
固汽平衡
均衡类型
均质平衡
The equilibrium in which the state of reactants, as well as products, are the same is known as Homogeneous Equilibrium. It means if reactants of a reaction are in the gaseous phase then the products must also be in the gaseous phase, this type of equilibrium is homogeneous in nature.
e.g.
N2(gas) + 3H2(gas) ⇌ 2NH3(gas)
这里的反应物意味着氮气和氢气都处于气相中，而氨的产物也处于气相中，因此这是一个均相平衡。
异质平衡
The equilibrium in which the state of reactants and state of products are different then is known as Heterogeneous Equilibrium. It means if reactants of a reaction are in the gaseous phase then the products can be in some other phase, this type of equilibrium is heterogeneous in nature.
e.g.
H2O(liquid) ⇌ H2O(gas)
上述反应是水从液相转变为气相的相变反应，这种平衡称为非均相平衡。
化学平衡定律
为了理解化学平衡定律，让我们以一个处于平衡状态的可逆反应为例。
R 1 + R 2 ⇌ P 1 + P 2
R1 和 R2 是反应物，P1 和 P2 是化学反应形成的产物。
根据不同的研究和实验，已经发现处于平衡状态的化学反应的反应物和产物通过平衡反应相关联，这是由 Cato Maximillian Guldberg 和 Peter Waage 在 1864 年首先提出的。
Kc = ([P1][P2])/([R1][R2])
K c称为平衡常数，另一侧的方程称为平衡常数表达式。
上述化学反应仅供参考，因为实际化学反应是平衡的，也意味着上述反应应该具有化学计量系数（这些通常是在副反应物侧和产物侧相乘的数字。）所以平衡反应是
aR1 + bR2 ⇌ cP1 + dP2
其中 a、b、c 和 d 是用于平衡化学方程式的化学计量系数。
现在 Kc 可以重写为：
Kc = ([P1] c [P2] d )/([R1] a [R2] b )
在给定的温度下，将平衡化学反应的产物与以幂形式给出的化学计量系数相乘，然后将反应物的方程式副产物与以幂形式给出的化学计量系数相除，将得到一个固定值。这被称为化学平衡定律。
气态系统中的平衡常数
当反应处于气态时，更容易将平衡常数 (Kc) 用压力表示为 Kp。所以气体方程为，
pV = nRT
p = n/V(RT)
这里 p 是具有单位帕斯卡的压力，V 是以立方米为单位的体积，T 是以开尔文为单位的温度，n 是气体的摩尔数，R 是常数，其值为 0.0831 巴升/摩尔开尔文。
让我们通过一个反应来理解：
N 2 + 3H 2 ⇌ 2NH 3
在这个反应中，反应物和产物是气相的，所以让我们找到 Kp。
Kp = (p NH3 ) 2 /(p N2 )(p H2 ) 3
= (NH 3 ) 2 (RT) 2 /[N 2 RT][(H 2 ) 3 (RT) 3 ]
= Kc(RT) -2
很明显，Kp 和 Kc 是相关的，现在一般方程可以导出为，
Kp = Kc(RT) ∇n
Δn代表平衡化学方程式中（产物侧的总摩尔数）-（反应物侧的总摩尔数）。
影响平衡的因素
不同因素对均衡的影响可以用勒夏特列原理来理解。它指出，决定系统平衡条件的任何因素的变化都会导致系统发生变化，从而减少或抵消变化的影响。这适用于所有物理和化学平衡。
浓度
- 当添加反应物或产物时，根据 Le Chatelier 原理，反应将沿添加的反应物或产物被消耗的方向进行。
- 当反应物或产物被去除时，根据勒夏特列原理，反应将在补充去除的反应物或产物的方向上进行。
压力
- 在固相和液相反应的情况下，压力变化不会影响平衡，因为固体和液体的浓度不取决于压力。
- 在气体的情况下，如果压力增加，则反应方向将变得相反，平衡将向后移动。
温度
- 在放热反应（当进行到完成时释放热量和能量的反应）的情况下，当温度升高时平衡常数减小。
- 在吸热反应（当进行到完成时消耗热量和能量的反应）的情况下，平衡常数随着温度的升高而增加。
惰性气体的影响
- 如果体积保持恒定，则向反应中添加惰性气体不会影响平衡，因为如果体积恒定，则惰性气体将无法改变分压，因此平衡将不受干扰。
- 如果体积不是恒定的，那么只有当气体作为反应物或产物参与反应时，惰性气体才会改变反应商。
示例问题
问题 1：求给定反应 N 2 (gas)+ 3H 2 (gas) ⇌ 2NH 3 (gas) 在 500 K 温度下的平衡常数，当浓度为 N 2 =2×10 -2 M，H 2 = 4 ×10 -2 M和NH 3 = 1×10 -2 M。
回答：
Use Equilibrium constant reaction which is,
Kc = ([P1]c[P2]d)/([R1]a[R2]b)
Therefore,
Kc = ([NH3]2)/([N2][H2]3)
= (1×10-2)2/(2×10-2)(4×10-2)3
= 0.00781 × 104
= 78.1
问题 2：当浓度为 PCl 5 = 1.5 M、PCl 3 = 2 M 和 Cl 2 = 2 M 时，求给定反应 PCl 5 ⇌ PCl 3 + Cl 2在 500 K 温度下的平衡常数。
回答：
Kc = [PCl3][Cl2]/[PCl5]
= [2][2]/[1.5]
= 2.66
问题 3：给定反应的平衡常数：N 2 + O 2 ⇌ 2NO 在 300 K 时为 2×10 -2 。
在催化剂存在下，平衡达到十倍的速度，找到催化剂存在下的平衡常数。
回答：
In such type of questions try to understand the question first so as catalysts are the materials that are used to speed up the chemical processes. If a process is completed faster means the rate of reactant decreasing and the rate of product formation is also faster so overall it will not affect the equilibrium constant. Hence equilibrium constant will remain unchanged.
问题 4：求给定反应的平衡常数：
N 2 + O 2 ⇌ 2NO 在 800 K 温度下，
当浓度为NO = 1×10 -2 M，O 2 = 2×10 -2 M 和N 2 = 2×10 -2 M。
回答：
Kc can be calculated by using formula:
Kc = [NO]2/[N2][O2]
= [1×10-2]2/[2×10-2][2×10-2]
= 0.25
问题 5：写出平衡常数 (Kc) 取决于的两个因素。
回答：
Factors on which the equilibrium constant depends are:
- The temperature at which the reaction takes place.
- The concentration of reactants.
- Nature of the reactants means what kind of reactants are whether they are acids, bases or some other chemical compounds.