影响化学平衡的条件的探究

1、第三节 影响化学平衡的条件的探究一、关于化学平衡移动的探究1、分析平衡移动的一般思路速率不变:如容积不变时充入惰性气体程度相同使用催化剂或对气体体积 平衡不移动v正=v逆 无变化的反应改变压强改变条件速率改变浓度程度不同压强 平衡移动v正v逆温度应用上述分析问题时应注意:(1)不要把v正增大与平衡向正反应方向移动等同起来,只有v正>v逆时,才能使平衡向正反应方向移动。(2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化率的提高等同起来,当反应物总量不变时,平衡向正反应方向移动,反应物转化率提高;当增大一种反应物浓度,使平衡向正反应方向移动时,会使另一种反应物的转化率提高,而其自身的转化率却会降低。

2、例题1某温度下反应:ClF(g) + F2(g) ClF3(g)(正反应放热),在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是( A )A.温度不变,缩小体积,ClF的转化率增大B.温度不变,增大体积,ClF3的产率提高C.升高温度,增大体积,有利于平衡正向移动D.降低温度,体积不变,F2的转化率降低解析:由平衡移动原理知,升温平衡向吸热反应方向移动,降温平衡向放热反应方向移动。气体体积增大,压强减小,平衡向气体体积增大的方向移动。本题是一个反应前后气体物质的量减小的放热反应,根据平衡移动原理规律,即可确定本题的选项。例题2在容积相同且固定不变的四个密闭容器中,进行同样的可逆反应:2A(g) + B(

3、g) 3c(g) + 2D(g),起始时四个容器所在盛A、B物质的量分别是甲:A 2mol,B 1mol;乙:A 1mol,B 1mol;丙:A 2mol,B 2mol;丁:A 1mol,B 2mol。在相同温度下建立平衡时,A或B的转化率大小关系正确的是(B)A.B的转化率:甲<丙=乙<丁B.A的转化率:甲<丙<乙<丁C.B的转化率:甲>丙>乙>丁D.A的转化率:甲<乙<丙<丁相当于增加反应物B的浓度,故A的转化率:丙>甲;B的转化率:丙<甲解析:甲、乙、丙、丁四个容器的容积相同在同温时放入A、B的物质的量不同,对

4、于可逆反应2A(g) + B(g) 3C(g) + 2D(g)加压时,向逆反应方向移动;减压时向正反应方向移动。我们将甲、乙、丙、丁四个容器中的变化用下列框图表示分析比较。相当于将2个乙容器缩小成一个乙容器A转化率:乙>丙;B转化率:乙>丙相当于增加反应物A的浓度A转化率:甲<乙;B转化率:甲>乙乙A 1molB 1mol丙A 2molB 2mol甲A 2molB 1mol相当于增加反应物B的浓度A转化率:丁>乙;B转化率:丁<乙丁A 1molB 2mol相当于增加反应物A的浓度A转化率:丁>丙;B转化率:丁<丙2、化学平衡移动的应用(1)判断物

5、态由压强的改变,根据平衡移动的方向,可以判断反应物或生成物的状态。如:mA(g) + nB pC(g),若m=p,加压后平衡向正反应方向移动,则可判断B为气体,若加压后平衡不移动,则B为固态或液态。例题3(99上海)可逆反应：3A(g) 3B(?)+C(?)(正反应为吸热反应)，随着温度升高，气体平均相对分子质量有变小趋势，则下列判断正确的是() A.B和C可能都是固体 B.B和C一定都是气体 C.若C为固体，则B一定是气体 D.B和C可能都是气体 (2)判断系数由压强的改变,根据平衡移动的方向,可以判断方程式中某气体物质的计量系数或反应物和生成物之间的计量数大小关系。如可逆反应A(g) +

6、nB(g) 2C(g)达到平衡后,改变体系的压强,平衡不移动,则可判断n=1,例题4在一个6L的密闭容器放入3LX(g)和2LY(g),在一定条件下发生下列反应:4X(g) + 3Y(g) 2Q(g) + nR(g),达到平衡后,容器内温度不变,混合气体的压强比原来增加5%,X的浓度减小1/3,则该反应方程式中的n值是()A.3B.4C.5D.6解法1:三行式法(略)。解法2:差量法(略)。解法3:巧解法反应是在恒温恒容的密闭容器中进行的,但平衡时混合气体的压强却比平衡前大,这就表明了混合气体的物质的量较反应前增加了。说明在化学方程式中,生成物的化学计量数之和大于反应物和化学计量数之和。此法十

7、分简捷不必列出等式,只凭心算即可,能反映答题人思维的敏捷性和逻辑推理能力,表现出较高层次的思维能力。(3)判断相对分子质量的变化例题5可逆反应C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g)达到平衡时,测得气体的总质量为mg,混合气体的物质的量为nmol。当改变条件(温度或压强)使平衡向左移动,达到新的平衡时混合气体物质的量减少xmol,且m>12x,n>x。请回答下列问题:(1)达到新的平衡时,混合气体的平均相对分子质量M=_。(2)达到新的平衡时,混合气体的平均相对分子质量的变化值M=_。(3)若混合气体的平均相对分子质量呈下列变化趋势,请确定m与n的关系。若混合气体的平

8、均相对分子质量增大,则有_。若混合气体的平均相对分子质量不变,则有_。若混合气体的平均相对分子质量减小,则有_。答案:(1)(m12x)/(nx) (2)(m12n)x/n(nx) (3)m/n>12 m/n=12 m/n<12解析:求出新平衡时混合气体的平均相对分子质量是解答本题的关键。平衡向左移动达到新的平衡时,混合气体的物质的量减少xmol,表明新生成了xmolC(s),合12xg,则混合气体的平均摩尔质量为M=m/n=(mg12xg)/(nmolxmol)= (m12x)/(nx)g/mol,则变化值M=(m12x)/(nx)m/n=(m12n)x/n(nx),对其进行讨论

9、即可解决其它问题。(4)判断反应热效应由温度的改变,根据化学平衡移动的方向,可以判断正反应或逆反应是吸热还是放热。例题6(01广东)反应：L（固）aG（气） bR（气）达到平衡时，温度和压强对该反应的影响如图1所示：图中：压强p1p2， x轴表示温度，y轴表示平衡混合气中G的体积分数。据此可判断A.上述反应是放热反应 B.上述反应是吸热反应 C.ab D.ab(5)判断转化率根据条件改变对化学平衡移动的影响,可以判断达到平衡时某反应物转化率的提高或降低以及平衡体系中某组分浓度的变化。例题7(00全国)在一密闭容器中,反应aA（气） bB（气）达平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，当达到新

10、的平衡时，B的浓度是原来的60%，则()A.平衡向正反应方向移动了B.物质A的转化率减少了C.物质B的质量分数增加了D.a>b二、化学平衡图像题的分析用图像表述化学平衡的建立过程直观明了。对化学平衡的函数分析一般要抓住以下几个方面。1、看图像:一看面(即纵坐标与横坐标的意义),二看线(即线的走向和变化趋势),三看点(即起点、折点、交点、终点),四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等),五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。2、“定一议二”原则化学平衡图像包括纵坐标、横坐标和曲线所表示的三个量。确定横坐标所示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系或确定纵坐标所示的量后,讨论横坐标与展线的关系。3

11、、“先拐后平,数值大”原则在化学平衡图像中,先出现拐点的反应先达到平衡,先出现拐点的表示温度较高(如下图A)或表示的压强较大(如下图B)。(A)(反应物)O tP2 P1 B%(生成物)O tT1 T2 ABA.表示T2>T1 ,正反应放热B.表示P1>P2 ,正反应为总体积缩小的反应。例题8如图所示,2A(g) + B(g) 2C(g)(正反应放热)这个可逆反应的正确图像为()ABCD解析:随着温度的升高,化学平衡应向吸热反应方向亦即逆反应方向移动,所以生成物C的体积分数减小,反应物的含量增大,反应物的转化减小。增大体系的压强,由于反应的两边都是气态物质,所以正反应和逆反应的速率

12、同时增大,且平衡右移,A的转化率增大,故B错D对。而加入催化剂,只能加快反应速率,缩短达到平衡的时间,不能使平衡移动,所以达到平衡后,各组分的浓度及体积分数应该不变。答案为(AD)。强调识图原则:(1)由曲线部分斜率的大小,确定反应中浓度的大小、温度的高低或压强的大小(规律:斜率大反应速率快,达平衡所而时间短温度高或压强大);由直线的高低,结合平衡移动原理和指定的可逆反应,确定平衡移动的方向,反应的热效应,反应两边气体体积的大小等。(2)定压看温度变化或定温看压强变化,由曲线上交点的高低,结合平衡移动原理和指定的可逆反应,确定平衡的移动方向,反应的热效应,反应两边气体体积的大小等。三、等效平衡

13、1、含义:在一定条件下(定温定容或定温定压),只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的含量(体积分数、物质的量分数)相同,这样的平衡互称为等效平衡。2、分类(1)定温(T)、定容(V)条件下的等效平衡类:对于一般可逆反应,在定T、定V条件下,只改变起始加入情况,如通过化学计量数比换算成平衡式同一半边物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。例题7在一定温度下,把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里,发生如下反应:2SO2 + O2 2SO3 ,当此反应进行到一定程度时,反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中,维持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO

14、2、O2和SO3的物质的量(mol)。如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同。请填写下列空白:(1)若a=0,a=0,则c=_;(2)若a=0.5,b=_和c=_;(3)a、b、c取值必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c): _。解析:(1)是从逆反应开始的2molSO3开始与2molSO2和1molO2开始是等效的。(2)是正、逆反应同时开始的,0.5molSO2和0.25molO2与0.5molSO3等效,再加入1.5molSO3就与起始2molSO3等效了。

15、【注意】几种起始条件要达到相同的化学平衡, 通常且简便的方法是“等价转换”。类:在定T、定V情况下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量的比与原平衡相同,两平衡等效。例题8在一定温度下,一定体积的密闭容器中有如下平衡:H2(g) + I2(g) 2HI(g)。已知H2和I2的起始浓度均为0.1mol/L,达到平衡时HI的浓度为0.16mol/L。若H2和I2的浓度均变为0.2 mol/L时,则平衡时H2的浓度(mol/L)是()解析: H2(g) + I2(g) 2HI(g)是分子数不变的反应,按“c(H2)=c(I2)=0.01mol/L”和“c(H2)=c

16、(I2)=0.2mol/L”分别投入恒温恒容的容器中应形成等效平衡。即HI%=(0.16/0.2)×100%=80%,那么后一种情况下平衡时c(HI)=0.32mol/L,消耗0.16mol/L的c(H2)平=0.04mol/L,答案选(C)。【注意】恒温恒容时,气体分子数不变的可逆反应所形成的等效平衡的特征是:率(各种百分率,如转化率、质量或物质的量或体积分数等)相等,值(各种非百分率的值,如质量、物质的量、浓度、密度、达到平衡所需的时间等)不同。例题9在固定容积的密闭容器中,加入2molA,1molB,发生反应:A(g) + B(g) 2C(g)达到达到时,C的质量分数为w%,在

17、相同条件下按下列情况充入物质达到平衡时C的质量分数仍为w%的是(CD)A.2molCB.3molCC.4molA、2molCD.1molA、2molC解析:对于定温定容下的可逆反应,几种起始状态反应物加入量不同,要保证C的质量分数不变,则它们的平衡与原来平衡必须等效,即加入的各种物质如果完全转化为A和B,只要A:B=2:1就可以了。(2)定温(T)、定压(P)条件下的等效平衡类:在定温、定压情况下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数换算成同一半边物质的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效。例题10在某温度下,在一容积可变的容器中,反应2A(g) + B(g) 2C(g)达到平衡时

18、,A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整,可使平衡右移的是()A.均减半B.均加倍C.均增加1molD.均减少1mol解析:保持温度和压强不变,气体体积会随着物质的量的变化而变化,只要A、C的物质的量之比符合4:2:4,则都与原平衡构成等效平衡。所以均减半或加倍,平衡不移动。同样,分别加入1molA、0.5molB、1molC,平衡不移动,在此基础上再单独加入0.5molB,平衡右移。同理可知均减少mol时平衡左移。答案选(C)。【注意】本题考查等温等压情况下的等效平衡,对平衡题要注意透析过程,巧妙地将过程进行分割、转

19、化或变换,灵活地把过程与结果挂钩。强化训练1反应NH4HS(s) NH3(g) + H2S(g),在一定温度下达到平衡,下列情况下不能使平衡发生移动的是(BC)A.温度、压强不变时,通入SO2气体B.移走一部分NH4HS固体C.容积不变,充入氮气D.充入氮气,保持压强不变解析:在平衡体系中,当恒温恒容通入SO2时,SO2与H2S反应将使H2S的浓度减小;因为NH4HS为固体,增加或减少其量,浓度不变;容积不变,充入氮气,体系的总压强虽增大,但NH3和H2S的浓度却没有改变;压强不变,充入氮气,相当于将容器中的NH3和H2S稀释。2(00全国)在一密闭容器中,反应aA（气）bB（气）达平衡后，保

20、持温度不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60%，则(AC)A.平衡向正反应方向移动了B.物质A的转化率减少了C.物质B的质量分数增加了D.a>b解析:正确理解化学平衡移动的概念和掌握化学平衡移动过程中各种反应物和生成物的浓度是分析和解决这类问题的关键。在此反应达平衡时,将容积增大一倍,假设平衡不移动,则A、B浓度都将为原来的50%,而当前B的浓度为原来的60%,这说明B的物质的量增多了,即减小压强平衡向生成B的方向移动。3下列反应达平衡后,升高温度可使混合气体的平衡相对分子质量增大的是(CD)A.H2(g) + I2(g) 2HI(g)(正反应放热)B.N2(g

21、) + 3H2(g) 2NH3(g)(正反应放热)C.2NH3(g) + CO2(g) CO(NH2)2(s) + H2O(g)(正反应放热)D.4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g)(正反应放热)解析:混合气体的平衡相对分子质量在数值上等于混合气体的平均摩尔质量。M=m/n,A、B、C、D均为放热反应,当温度升高时平衡均向逆反应方向移动,对A而言变化前后,气体总的物质的量不变;对B升温后,气体的总的物质的量增大;对D气体总的物质的量减小。惟有C难做判断:因升高温度,反应逆向移动,结果气体总质量增大,可其物质的量也增大,混合气体的M如何变化?较简便的方法是平衡向左移

22、动,每消耗1molH2O,生成物气体质量增加60g,物质的量增加2mol,即增加的这一部分气体的平均相对分子质量为30,显然大于减少的H2O的相对分子质量18,故混合气体的M应增大。4(97全国)反应2X(g)+Y(g) 2Z(g)+热量,在不同温度(T1和T2)及压强(P1和P2)下,产物Z的物质的量(nz)与反应时间(t)的关系如图所示.下列判断正确的是()A. T1<T2,P1<P2B.T1<T2,P1>P2C.T1>T2,P1>P2D.T1>T2,P1<P25(04江苏)在容积固定的密闭容器中存在如下反应：A(g)+3B(g) 2C(g)

23、(正反应放热),某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图： 下列判断一定错误的是()A.图I研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高B.图研究的是压强对反应的影响，且甲的压强较高C.图研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高D.图研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高6(03江苏)I恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下发应:A(g)+B(g) C(g)）(1)若开始时放入1molA和1molB，到达平衡后，生成a molC，这时A的物质的量为mol。(1a)(2)若开始时放入3molA和3molB，到达平衡后，生成C的物质的量为 mol。(3a)(3)若开始时放入x molA，2molB和1molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3a mol，则x mol，y mol。平衡时，B的物质的量_(选填一个编号)(2,33a,丁)(甲)大于2 mol (乙)等于2 mol (丙)小于2 mol (丁)可能大于、等于或小于2mol作出此判断的理由是 。(起始投入的A、B、C量正好平衡n(B)=2mol)(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3mol