化学平衡移动的原理

化学平衡移动的原理
化学平衡移动的原理

化学平衡移动的原理
本章重要考点及题型：①平均反应速率的计算；②外因对化学反应速率及化学平衡的影响；③化学平衡状态的标志；④相同平衡状态的建立；⑤化学平衡移动图象的处理；⑥有关化学平衡的简单计算.
一、平均反应速率的计算
同一化学反应在同一段时间内的平均反应速率用不同的物质表示时数值往往不同,但存在如下关系：各物质的平均反应速率之比 = 化学方程式中各物质的系数之比 = 各物质的变化浓度之比 = 各物质的变化的物质的量之比.
例⒈反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在密闭容器中进行,分别用N2、H2、NH3三种物质在单位时间内浓度的变化表示该反应的速率V(N2)、V(H2)、V(NH3),则三者之间的关系正确的是（答案）
（A）V(N2)=V(NH3) （B）3V(H2)=2V(NH3) （C）V(NH3)=2V(H2)/3 （D）V(H2)=3V(N2)
例⒉ 反应2A(g)+B(g)3C(g)+4D(g)在不同条件下反应速率如下,其中最快的是（答案）
（A）V(A)=3mol/(L·min) （B）V(B)=0.3mol/(L·s)
（C）V(C)=4.8mol/(L·min) （D）V(D)=1mol/(L·s)
二、外因对化学反应速率及化学平衡的影响
对于同一反应,其它条件不变,只改变下列条件之一：
⒈浓度
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增大反应物浓度 减小反应物浓度 增大生成物浓度 减小生成物浓度
规律：⑴浓度对反应速率的影响（参阅速率-时间图象）
⑵增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度,平衡向逆反应方向移动.
⑶改变固体或纯液体的物质的量不影响反应速率,不会引起化学平衡的移动.
例⒊对于平衡体系FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl, 下列情况下平衡如何移动?
⑴加入FeCl3固体,平衡 移动；答案
⑵加入NH4SCN固体,平衡 移动；答案
⑶加入少量KCl固体,平衡 移动；答案
⑷加入少量AgNO3固体,平衡 移动；答案
⑸加水,平衡 移动；答案
⑹加入少量KSCN溶液,平衡 移动.答案
例⒋ 一定条件下,在体积不变的密闭容器中加入2molA和1molB发生如下反应：2A(s)+B(g)C(g),达到平衡时C的浓度为Wmol/L,在相同条件下,若按下列原料配比,用“＞”、“=”、“＜”填写下表：

起始状态
平衡时C的浓度

A
B

已知
2mol
1mol
c(C) = Wmol/L

①
2mol
2mol
c(C) Wmol/L

②
3mol
1mol
c(C) Wmol/L

③
1mol
1mol
c(C) Wmol/L

答案
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升高温度 降低温度
规律：⑴升温,正逆反应速率均增大；降温,正逆反应速率均减小.其中吸热反应方向速率（V吸）改变程度大.
⑵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.
例⒌ 20℃时将0.1mol/LNa2S2O3溶液10mL和0.1mol/L的硫酸溶液混合,2min后溶液中出现混浊,已知温度每升高10℃,化学反应速率增大到原来的2倍,那么50℃时,同样的反应出现混浊需要的时间是（答案）
（A）40s （B）15s （C）48s （D）20s
⒊压强：对于气体反应,有：
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增大压强 减小压强
规律：⑴增大压强,正逆反应速率均增大；减小压强,正逆反应速率均减小.其中气体体积减小方向速率（V减）改变程度大.
⑵增大压强,平衡向气体体积减小方向移动；减小压强,平衡向气体体积增大方向移动.
【注意】⑴改变压强的实质是改变参加反应气体物质的浓度,故压强与参加反应的固体或液体物质的反应速率无关.
⑵对于化学方程式中反应前后气体的系数和相等的反应以及平衡混合物都是固体或液体的反应,改变压强,平衡不移动.
【思考】在一定条件下的密闭容器中2HI(g)H2(g)+I2(g)达到平衡状态,若增大压强,正逆反应速率如何变化（用速率-时间图象表示）?若反应为CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g),情况又如何?
⑶在已达平衡状态的气体反应中加入稀有气体或与反应无关的气体：①等温等容,压强虽增大,但反应物浓度不变,故V正、V逆不变,平衡不移动；②等温等压,则容器体积增大,导致参加反应气体物质浓度均同等程度减小,但V正、V逆不同程度减小,平衡向气体体积增大方向移动.
【思考】一定条件下,在容积不变的密闭容器中,反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)达到平衡状态,若把N2、H2及NH3的浓度同时增大一倍,平衡如何移动?（相当于增大压强）
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规律：催化剂同等程度地改变正逆反应速率,故平衡不移动.
【注意】⑴催化剂可成千上万倍地改变反应速率,故85%以上化学反应都需催化剂
⑵催化剂在一定温度范围内才能充分发挥其催化作用,同时,工业生产中应防止催化剂中毒.
除浓度、温度、催化剂等能改变化学反应速率外,如果改变有气体参加反应的压强,就是改变单位体积内气体反应物的浓度,因此也会影响化学反应速率.此外,电磁波、超声波、反应物颗粒大小、溶剂的性质等,也会对化学反应速率产生影响.
勒沙特列原理（平衡移动原理）：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等）,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动.
例⒍下列事实中不能应用勒沙特列原理来解释的是（答案）
（A）往H2S水溶液中加碱有利于S2-的增多 （B）加入催化剂有利于氨氧化反应
（C）高压有利于合成氨反应 （D）500℃左右比室温更有利于合成氨反应
三、化学平衡状态的标志
化学平衡状态有两大特征：①正逆反应速率相等 ②平衡混合物中各组分的浓度保持不变,只要任具其一即可说明已达平衡状态.因此,判断一定条件下的可逆反应是否达到化学平衡状态,关键是看是否具备上述基本特征.
例⒎在一定温度下的密闭容器中,下列可以说明反应A(g)+B(g)C(g)+D(g)已达平衡状态的是（C为有色气体）（答案）
①A和C的生成速率相等
②容器中A、B、C、D共存
③容器中A、B、C、D的物质的量浓度相等
④容器中A的物质的量浓度保持不变
⑤容器内压强不随时间变化
⑥A、B、C、D的分子数之比等于反应式系数之比
⑦混合气体总的物质的量不随时间变化
⑧混合气体平均式量不随时间变化
⑨混合气体的密度不随时间变化
⑩混合气体的颜色不发生变化
例⒏ 若上题中反应为A(g)+3B(g)2C(g)+D(g),则应选（答案）
例⒐ 下列说法可以说明反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已达平衡状态的是（答案）
（A）一个N≡N断裂的同时有三个H—H断裂
（B）一个N≡N断裂的同时有三个H—H形成
（C）一个N≡N断裂的同时有六个N—H断裂
（D）一个N≡N断裂的同时有六个N—H形成
例⒑ 在一定温度下的定容容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明反应A(s)+2B(g)C(g)+D(g)已达平衡状态的是（答案）
（A）混合气体的压强 （B）混合气体密度 （C）B的物质的量浓度 （D）气体总的物质的量
在平衡状态标志试题中值得注意的是平均式量与平衡体系的关系：①平衡混合物全为气体的可逆反应且反应前后气体的系数和相等时,不论平衡是否移动,平均式量不变；②平衡混合物全为气体但反应前后气体的系数和不等的可逆反应,平衡移动时,平均式量必改变.若气体物质的量增加则平均式量减小,反之则增大；③反应中有固体,要根据具体情况（即气体质量及物质的量变化）进行讨论.如：在一个密闭容器中加入C和H2O(g),发生反应：C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),达到平衡状态后加压使平衡向逆反应方向移动,气体质量和物质的量均减少,但反应物中水蒸气的式量为18,而生成相同物质的量的CO和H2的平均式量为15,故平衡向逆反应方向移动后混合气体的平均式量要增大.
四、相同平衡状态的建立
根据化学平衡状态的概念,相同平衡状态是指在一定条件下,同一可逆反应无论反应是从正向开始还是从逆向开始（即不同的途径）,经一段时间达平衡后,反应体系中任一反应物和生成物的浓度均相同的多个化学平衡状态之间的互称.因此,相应物质的转化率、各组分的百分含量也相同,而相应物质的物质的量等不一定相同.
⒈等温等容时
⑴对反应前后气体体积变化的可逆反应,可通过可逆反应的化学计量关系（即反应方程式的系数）把不同情况下各物质的物质的量都换算成反应物（或生成物）时,若相应的物质的量相等；或所有参加反应的物质中各元素的量守恒,则可达到相同的平衡状态,例如：
N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)
① 1mol 3mol 0
② 0 0 2mol
③ 0.5mol 1.5mol 1mol
④ 2mol 6mol 0
在等温等容时,以上①②③组中三种原料的配比最终会达到相同平衡状态.此时,各组分的浓度、体积分数、物质的量、转化率及反应速率都完全相同；而④组则不能
【思考】①上面例子中按第④组原料的配比,最终达到平衡时NH3的产率与其它组相比有何不同?
②在体积不变的密闭容器中加入2molN2和3molH2,使其反应达到平衡后,NH3的浓度为w mol/L.若维持温度不变,N2、H2、NH3三种物质如何配比,才能使其达到平衡时NH3的浓度为仍为w mol/L?
⑵对于反应前后气体体积不变的可逆反应,由于给此类反应体系加压使气体体积缩小,或者按比例加大（或减小）各物质的物质的量,再次达到平衡时,各组分的浓度将同等程度地改变,反应速率也会发生相应的改变,但各组分的体积分数及反应物的转化率保持不变（讨论：各组分的物质的量如何改变?）.因此,只要把不同情况下各物质的物质的量完全换算成反应物（或生成物）后,各反应物（或生成物）的物质的量之比一致,即可实现上述平衡状态.例如：
H2(g) + I2(g)2HI(g)
① 2mol 1mol 0
② 4mol 2mol 0
③ 5mol 2mol 2mol
⒉等温等压时（容积可变）,对于反应前后气体体积无论不变还是变化的可逆反应,只要将不同情况下各物质的物质的量完全换算成反应物（或生成物）后,各反应物（或生成物）的物质的量之比一致,便可达到相同的平衡状态.此时,各组分的浓度、体积分数、转化率及反应速率都完全相同（但各组分的物质的量将同等程度改变）.
⒊在平衡体系中充入稀有气体或与反应无关的气体：
等温等容时,引起平衡体系的压强增大,但各物质的浓度不变,反应速率不变,平衡不移动.
等温等压时,引起平衡体系的体积增大,各物质的浓度同等程度减小,反应速率减小,平衡向气体体积增大的方向移动.
例⒒在一个固定体积的密闭容器中,加入2molSO2和1molO2,可发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),达平衡时SO3的浓度为w mol/L,若维持温度体积不变,按下列配比作为起始物质,达到平衡时,SO3的浓度仍为w mol/L的是（答案）
（A）4molSO2和2molO2 （B）1molSO2、0.5 molO2和1molSO3 （C）2molSO3
（D）1molSO3 （E）2.5molSO3 （F）2molSO2和2molO2
例⒓将上题改为体积可变的密闭容器,维持温度压强不变,则应选（答案）
例⒔在一固定体积的密闭容器中,加入2molA和1molB,发生反应如下反应：2A(g)+B(g)3C(g)+D(g),达平衡时C的浓度为w mol/L,若维持容器体积和温度不变,按下列配比作为起始物质,C的浓度仍为w mol/L的是（答案）
（A）4molA+2molB （B）2molA+1molB+3molC+1molD
（C）3molC+1molD+1molB （D）3molC+1molD
例⒕若上题反应式中B为固体,则应选（答案）
五、化学平衡移动图象的处理方法
方法有二：⑴定一议二：当图象中同时有三个变量时,使其中之一不变,讨论另外两个变量间的关系；⑵先拐先平：变化曲线若与时间轴平行,表示反应体系已达平衡状态,先达到平衡（先出现拐点）的曲线所示的温度或压强较大.
例⒖可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),△H=－Q（Q>0）,在温度为T1、T2,压强为P1、P2条件下测得SO3的物质的量n (SO3)与 时间t的关系如下图所示,从图中可知下列关系正确的是（答案）

例⒗对于反应2A(g)+B(g)2C(g) △H =－Q（Q>0）,下列图象正确的是（答案）

六、有关化学平衡的计算
⒈反应物的平衡量 = 起始量—转化量（指物质的量或物质的量浓度）
生成物的平衡量 = 起始量 + 转化量
应注意的是,上述三种量中只有转化量之比等于反应方程式系数之比.

应注意的是：①可逆反应的平衡转化率最大；②对于某一平衡体系,其它条件不变,只增大反应物甲的浓度,可提高反应物乙的转化率,而甲的转化率降低.
⒊由阿伏加德罗定律推论得出：等温等压：气体体积之比等于其物质的量之比
等温等容：气体压强之比等于其物质的量之比
例⒘ 一定条件下的可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)在体积不变的密闭容器中达到平衡后,改变条件,重新达平衡后,下列各种量如何变化?
改变条件（其它条件不变）
转化率
浓度

SO2
O2
SO2
O2
SO3

①只加入SO2






②只加O2






③SO2、O2、SO3浓度同时增大一倍






答案
改变条件（其它条件不变）
转化率
浓度

SO2
O2
SO2
O2
SO3

①只加入SO2
↓
↑
↑
↓
↑

②只加O2
↑
↓
↓
↑
↑

③SO2、O2、SO3浓度同时增大一倍
↑
↑
↑
↑
↑

注意：在原平衡中加入某物质,再次平衡后该物质浓度必增大.
参考：http://www.fjlcyz.com/Article/class6/class6_6/class6_6_7/200510/3612.html