考點29影響化學(xué)平衡的條件
1.復(fù)習(xí)重點
1.濃度,壓強和溫度等條件對化學(xué)平衡的影響.
2.平衡移動原理的應(yīng)用.
2.難點聚焦
我們研究化學(xué)平衡的目的,不是要保持一個化學(xué)平衡不變.而是要研究如何利用外界條件的改變,去破壞化學(xué)平衡.使之向我們所希望的方向轉(zhuǎn)變,去建立新的化學(xué)平衡.
化學(xué)平衡的移動:
可逆反應(yīng)中,舊化學(xué)平衡的破壞,新化學(xué)平衡的建立的過程就叫做化學(xué)平衡的移動.
(一) 濃度對化學(xué)平衡的影響:
做實驗:2-3實驗證明:
加入FeCl3或KSCN溶液后,試管中的紅色加深了。
說明生成物的濃度增大了。
說明化學(xué)平衡向正反應(yīng)的方向移動了。
無數(shù)實驗證明:
增大任何一種反應(yīng)物的濃度,都可以使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動。
增大任何一種生成物的濃度,都可以使化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動。
減小任何一種反應(yīng)物的濃度,都可以使化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動。
減小任何一種生成物的濃度,都可以使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動。
(二) 壓強對化學(xué)平衡的影響:
處于平衡狀態(tài)的反應(yīng)混合物里,無論是反應(yīng)物,還是生成物,只要有氣態(tài)物質(zhì)存在,壓強的改變,就有可能使化學(xué)平衡移動。
如:
反應(yīng)中,1體積氮氣和3體積的氫氣反應(yīng),生成了2體積的氨氣。反應(yīng)后,氣體總體積減少了!
參見表2-3數(shù)據(jù)。
可知,對這種氣體總體積減少的反應(yīng),增大壓強,平衡向正反應(yīng)方向移動。即:增大壓強,平衡向體積縮小的方向移動;減小壓強,平衡向體積增大的方向移動。
氣體總體積不變化,改變壓強,化學(xué)平衡不移動!
如:
反應(yīng)前后,氣體物質(zhì)總體積不變。
改變壓強,平衡不移動!
(三) 溫度對化學(xué)平衡的影響:
在吸熱或放熱的可逆反應(yīng)中,反應(yīng)混合物達(dá)平衡后,改變溫度,也會使化學(xué)平衡移動.
在可逆反應(yīng)中,正反應(yīng)如果放熱,則,逆反應(yīng)必定吸熱!反之亦然.
做實驗2-4
由實驗可知:
升高溫度,(混合氣體顏色加深,)平衡向吸熱反應(yīng)的方向移動.
降低溫度,(混合氣體顏色變淺,)平衡向放熱反應(yīng)的方向移動
(四) 催化劑對化學(xué)平衡的影響:
催化劑能同等程度的增加正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率,即,催化劑不能改變達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的反應(yīng)混合物的組成.即:催化劑不能使化學(xué)平衡移動!但催化劑可以改變達(dá)到化學(xué)平衡所需要的時間.
(五) 平衡移動原理:
即:勒夏特列原理:
如果改變影響平衡的一個條件,平衡就像削弱這種改變的方向移動.
3.例題精講
化學(xué)平衡圖像題的解法探討
例1.可逆反應(yīng)mA(固)+nB(氣) eC(氣)+fD(氣)反應(yīng)過程中,當(dāng)其他條件不變時,C的體積分?jǐn)?shù)j(C)在不同溫度(T)和不同壓強(P)的條件下隨時間(t)的變化關(guān)系如圖所示。下列敘述正確的是 ( )
A.達(dá)到平衡后,若使用催化劑,C的體積分?jǐn)?shù)將增大
B.當(dāng)平衡后,若溫度升高,化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動
C.化學(xué)方程式中,n>e+f
D.達(dá)到平衡后,增加A的質(zhì)量有利于化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動
[解析] 從(1)圖中應(yīng)先判斷出T1與T2溫度的大小關(guān)系。在其他條件不變時,溫度升高,反應(yīng)速率變大,達(dá)到平衡時間越短。由此可知,T2>T1。從圖(1)分析可知溫度較高時j(C)變小,說明升高溫度時,平衡向逆反應(yīng)方向移動,所以該正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。B選項是正確的。
從(2)圖中,應(yīng)先判斷出P1與P2大小關(guān)系。在其他條件不變情況下,壓強越大,達(dá)到平衡的時間就越短,由此可知P2>P1。從圖中可知,壓強增大時j(C)變小,說明增大壓強平衡向逆反應(yīng)方向移動,逆反應(yīng)方向是氣體體積減小方向,即n<e+f,C項錯誤。
由于使用催化劑,并不影響化學(xué)平衡的移動,A項錯誤。
在化學(xué)平衡中,增大或減小固體物質(zhì)的質(zhì)量不影響化學(xué)平衡的移動。因此D項錯誤。
[答案]B
[點評] 解答這類圖象題時,必須要抓住縱坐標(biāo)(變量)即C的體積分?jǐn)?shù)與外界條件變化的關(guān)系,分析得出相應(yīng)正確的結(jié)論。
例2.已知某可逆反應(yīng)mA(g)+nB(g)pC(g)在密閉容器中進(jìn)行,右圖表示在不同反應(yīng)時間t時,溫度T和壓強P與反應(yīng)物B在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)B%的關(guān)系曲線,由曲線分析,下列判斷正確的是 ( )
A.T1<T2 P1>P
B.T1>T2 P1<P
C.T1<T2 P1>P
D.T1>T2
P1<P
[解析] 本題考查根據(jù)溫度、壓強變化對化學(xué)平衡移動的影響來判斷化學(xué)方程式的特點。分析圖象,可以分兩個層次考慮:(如圖將三條曲線分別標(biāo)為①、②、③)。從①、②曲線可知,當(dāng)壓強相同(為P2)時,②先達(dá)平衡,說明T1>T2 ;又因為T2低,B%大,即降低溫度,平衡逆向移動,說明逆向放熱,正向吸熱。從②、③曲線可知,當(dāng)溫度相同(為T1)時,②先達(dá)平衡,說明P2>P1 ;又因為P2大,B%大,即增大壓強,平衡逆向移動,說明逆方向為氣體體積減小的方向,m+n<P。 綜合以上分析結(jié)果:T1>T2, P1<P2,m+n<P,正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。
[答案] D
[點評] 識別此題的圖像,要從兩點入手,其一,斜線的斜率大小與反應(yīng)速率大小關(guān)聯(lián),由此可判斷溫度、壓強的高低;其二,水平線的高低與B%大小相關(guān)聯(lián),由此可分析出平衡向那個方向移動。
例3 .在一定溫度下,容器內(nèi)某一反應(yīng)中M、N的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時間變化的曲線如圖,下列表述中正確的是? ( )
A.反應(yīng)的化學(xué)方程式為:
C.t3時,正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率? D.t1時,N的濃度是M濃度的2倍?
[解析]本題以化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡為素材,考核觀察圖象及其信息加工的能力。從圖象可知,t1時,N的物質(zhì)的量是6mol,M的物質(zhì)的量是3mol,故N的濃度是M濃度的2倍是正確的;同時也可得出反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2NM;t2時,正逆反應(yīng)速率雖然相等,但尚未達(dá)到平衡,因為此時M、N的物質(zhì)的量還在增大與減少,t3時M、N的物質(zhì)的量保持不變,說明已達(dá)平衡狀態(tài),則正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率。?
[答案] D?
[點評] 主要考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等知識,已經(jīng)抽象到?jīng)]有具體的元素符號,并且以看圖設(shè)置情境設(shè)問,因此對觀察能力作了重點考查,思維能力要求也較高。圖的橫坐標(biāo)是時間,繪出了t1、t2、t33個時刻?v坐標(biāo)既不是速率,也不是濃度,而是物質(zhì)的量。仔細(xì)審視各時間段中物質(zhì)的量的變化。
例4.反應(yīng) 2X(氣)+ Y(氣)2Z(氣)+熱量,在不同溫度(T1和T2)及壓強(p1和p2)下,產(chǎn)物Z的物質(zhì)的量(n2)與反應(yīng)時間(t)的關(guān)系如右圖所示。下述判正確的是 ( )
A、T1>T2,p1<p2 B、T1<T2,P1>p2
C、T1>T2,P1>p2 D、T1<T2,p1<p2
[解析] 首先分析反應(yīng):這是一個氣體的總物質(zhì)的量減。w積減。、放熱的可逆反應(yīng),低溫、高壓對反應(yīng)有利,達(dá)平衡時產(chǎn)物Z的物質(zhì)的量n2大,平衡點高,即圖示曲線T2、p1。再對比圖示曲線T2、p2,溫度相同,壓強不同,平衡時n2不同(pl時的n2>P2時的n2),由此分析p1>p2,再從反應(yīng)速率驗證,T2、P1的曲線達(dá)平衡前斜率大(曲線陡)先到達(dá)平衡,也說明壓強是 p1>p2(增大反應(yīng)壓強可以增大反應(yīng)速率)。然后比較曲線T2、p2與T1、p2,此時壓強相同,溫度不同,溫度低的達(dá)平衡時n2大,平衡點高(曲線T2、p2),由此判斷溫度T1>T2;再由這兩條曲線達(dá)平衡前的斜率比較,也是T1、p2的斜率大于T2、p2,T1、p2先到達(dá)平衡,反應(yīng)速率大,也證明T1>T2。由此分析得出正確的判斷是T1>T2,p1>p2,選項C的結(jié)論正確。
[答案] C
[方法點撥]
化學(xué)平衡圖象問題的識別分析方法
化學(xué)平衡圖象問題的識別無外乎是看坐標(biāo)、找變量、想方程、識圖象四個方面,即準(zhǔn)確認(rèn)識橫、縱坐標(biāo)的含義,根據(jù)圖象中的點(起點、終點、轉(zhuǎn)折點)、線(所在位置的上下、左右、升降、彎曲)特征,結(jié)合題目中給定的化學(xué)方程式和數(shù)據(jù),應(yīng)用概念、規(guī)律進(jìn)行推理判斷.但識圖是關(guān)鍵,筆者認(rèn)為應(yīng)以橫坐標(biāo)的不同含義把圖象分為兩大類:①時間(t)類,②壓強(p)或溫度(T)類.這兩類的特征分別如下.
(一)、時間(t)類
1.圖象中總有一個轉(zhuǎn)折點,這個點所對應(yīng)的時間為達(dá)到平衡所需時間,時間的長短可確定化學(xué)反應(yīng)速率的大小,結(jié)合濃度、溫度、壓強對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律,可確定濃度的大小,溫度的高低和壓強的大。
2.圖象中總有一段或幾段平行于橫軸的直線,直線上的點表示可逆反應(yīng)處于平衡狀態(tài).
3.這幾段直線的相對位置可確定化學(xué)平衡移動的方向.固定其它條件不變,若因溫度升降引起的平衡移動,就可確定可逆反應(yīng)中是Q>0還是Q<0;若因壓強增減引起的平衡移動,就可確定氣態(tài)物質(zhì)在可逆反應(yīng)中,反應(yīng)物的系數(shù)和與生成物的系數(shù)和之間的相對大。
(二)、壓強(p)或溫度(T)類
1.圖象均為曲線.
2.曲線上的點表示可逆反應(yīng)在相應(yīng)壓強或溫度下處于平衡狀態(tài);而不在曲線上的點表示可逆反應(yīng)在相應(yīng)壓強或溫度下未達(dá)到平衡狀態(tài),但能自發(fā)進(jìn)行至平衡狀態(tài).
3.曲線的相對位置、變化趨勢決定了化學(xué)平衡移動的方向.固定其它條件不變,若溫度變化引起的平衡移動,即可確定可逆反應(yīng)中是Q>0還是Q<0;若因壓強改變引起的平衡移動,即可確定氣態(tài)物質(zhì)在可逆反應(yīng)中反應(yīng)物的系數(shù)和與生成物的系數(shù)和之間的相對大小
等效平衡的探討
1、定溫、定容條件下的等效平衡
例5:在一個固定容積的密閉容器中加入2molA和1molB,發(fā)生反應(yīng)
A、4molA+2molB
B、2molA+1molB+3molC+1molD
C、3molC+1molD+1molB
D、3molC+1molD
E、1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD
[解析]
這是一道關(guān)于等效平衡的題,常用極端假設(shè)法分析。將“3molC+1molD”轉(zhuǎn)化為“2molA+1molB”將.5molC+0.5molD”轉(zhuǎn)化為“1molA+0.5molB”。則B組起始狀態(tài)相當(dāng)于4molA+2molB”,C組起始狀態(tài)相當(dāng)于“2molA+2molB”,E組起始狀態(tài)相當(dāng)于“2molA+1molB”。顯然,A、B、C組的起始量與“2molA+1molB” 的起始量不同,均不能達(dá)到與其相同的平衡狀態(tài),而D、E組的起始量與“2molA+1molB” 的起始量相同,能達(dá)到與其相同的平衡狀態(tài)。故正確答案為D、E。
答案:D E
例6.在一定溫度下,把2mol SO2和1molO2通入一個一定容積的密閉容器里,發(fā)生反應(yīng)2SO2+O2 2SO3,當(dāng)此反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時,就處于化學(xué)平衡狀態(tài)。若該容器中維持溫度不變,令a、b、c分別代表初始時SO2、O2和SO3的物質(zhì)的量。如果a、b、c取不同的數(shù)值,它們必須滿足一定的相互關(guān)系,才能保證達(dá)到平衡時,反應(yīng)混合物中三種氣體的體積分?jǐn)?shù)仍跟上述平衡時完全相同。請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>
(1)若a=0,b=0,則c=____。
(2)若a=0.5mol,則b=____,c=____。
(3)a、b、c取值必須滿足的一般條件是(請用兩個方程式表示,其中一個只含a和c,另一個只含b和c)____。
[解析] 對于本題來說,要達(dá)到同一平衡狀態(tài),其外界條件相同,就是同溫、同壓時有關(guān)物質(zhì)的物質(zhì)的量要符合如下關(guān)系:
(1)若反應(yīng)從正反應(yīng)開始,必須是2molSO2,1molO2;
(2)若反應(yīng)是從逆反應(yīng)開始,必須是2molSO3;
(3)若反應(yīng)是從正、逆反應(yīng)兩個方向開始,則把SO3看作是由SO2和O2轉(zhuǎn)化而來的,把SO3的起始的量全部轉(zhuǎn)化為SO2和O2,然后這部分物質(zhì)的量再分別加上原有的SO2和O2的量,看看是否能達(dá)到2molSO2和1molO2;或使SO2、O2的起始的量全部轉(zhuǎn)化為SO3,然后這部分物質(zhì)的量再加上原有的SO3的量,看看是否能達(dá)到2molSO3。
[答案] (1) 2mol。(2) 0.25mol,1.5mol。(3) a+c=2,2b+c=2。
2、定溫、定壓條件下的等效平衡
例7.在恒溫恒壓條件下,向可變的密閉容器中充入3LA和
A、x=3、y=1 B、x=4、y=
解析:
該反應(yīng)起始反應(yīng)物的量比0.6:0.4=3:2符合化學(xué)方程式中反應(yīng)物的系數(shù)比,若4LC、0.8LD恰好完全轉(zhuǎn)化成A、B時,必須x:y=5:1,但此時x+y≠2+3,故在恒溫恒壓條件下,符合x:y=5:1的所有x、y的值不符合題意。若4LC、0.8LD不能恰好完全轉(zhuǎn)化成A、B時,則不能達(dá)到與開始時等效的平衡狀態(tài)。當(dāng)x=5、y=1時,用極端假設(shè)法“4LC、0.8LD”可轉(zhuǎn)化為“2.4LA、
3、定溫、不定壓、不定容條件下的等效平衡
例8.在一定溫度下,將2molHI氣體充入一容積可變的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)
HI(g) H2(g)+I2(g),反應(yīng)達(dá)平衡后,H2的體積分?jǐn)?shù)為m%。若其他條件不變,容器的容積變?yōu)樵瓉淼囊话?平衡時H2的體積分?jǐn)?shù)為????!
解析:容器的容積變?yōu)樵瓉淼囊话?體系的壓強變?yōu)樵瓉淼?倍,由于反應(yīng)前后氣體體積不變,所以平衡不移動,H2的體積分?jǐn)?shù)仍為m%,各物質(zhì)的濃度均為原來的2倍,反應(yīng)速率加快。
答案:H2的體積分?jǐn)?shù)為m%
[ 方法提示]
1.等效平衡的含義:在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下,只是起始加入情況不同的同一可逆反應(yīng)達(dá)到平衡后,任何相同組分的分?jǐn)?shù)(體積、物質(zhì)的量)均相等,這樣的化學(xué)平衡互稱為等效平衡。
在等效平衡中,還有一類特殊的平衡,不僅任何相同組分x的分?jǐn)?shù)(體積、物質(zhì)的量)均相同,而且相同組分的物質(zhì)的量均相同,這類等效平衡又互稱為同一平衡。同一平衡是等效平衡的特例。
如:N2+3H22NH3在下列四個容器A、B、C、D中均處于平衡狀態(tài),各組分物質(zhì)的量分別為如下所示。
B.a(chǎn) mol N2,b mol H2,c mol NH3
C.1 mol N2,3 mol H2,0 mol NH3
D.0 mol N2,0 mol H2,2 mol NH3
若A、B兩容器T、p相同,則A、B兩平衡互為等效平衡。
若C、D兩容器T、V相同,則C、D兩平衡互為同一平衡。
2.建立等效平衡的條件
(1).恒溫恒壓下或恒溫恒容下,對于同一可逆反應(yīng),若兩初始狀態(tài)有相同的物料關(guān)系,則達(dá)到平衡后兩平衡等效且實為同一平衡。
此處的相同是指廣義的相同,即只要通過可逆反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)關(guān)系換算成平衡式左右兩邊中某一邊的物質(zhì)的量,若兩者相同則為有相同的物料關(guān)系。如:
N2+3H22NH3
則①②③為具有相同的物料關(guān)系。
(2).在恒溫恒壓下,對于同一可逆反應(yīng),若兩初始狀態(tài)具有相當(dāng)的物料關(guān)系,則達(dá)到平衡后,兩平衡互為等效平衡。
此處的相當(dāng)是指按化學(xué)計量數(shù)換算成左右兩邊中同一邊物質(zhì)的量之比相同。
例如:N2O(g)+2O2(g)N2O5(g)
①中n(N2O)∶n(O2)=2∶3
②中n(N2O)∶n(O2)=3∶4.5=2∶3
③n(N2O)∶(O2)=(2.5+1.5)∶(3+3)=2∶3
則①②③的量相當(dāng)。
由此可知:化學(xué)平衡的建立,僅僅與反應(yīng)條件有關(guān),而與化學(xué)平衡的建立的過程無關(guān),這就是說,對同一個可逆反應(yīng),在同樣的條件下,無論反應(yīng)是從正反應(yīng)開始,或是從逆反應(yīng)開始,或是從兩個方向同時開始(即既有反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物,同時也有生成物轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物),最終都能達(dá)到完全相同的平衡狀態(tài),也就是平衡體系中各物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(氣體的體積分?jǐn)?shù))各保持一定而不變。
對于一般可逆反應(yīng),在定溫、定容條件下,只改變起始加入情況,只要按化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)比換算成方程式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同,則二平衡等同(也等效)。對于反應(yīng)前后氣體體積不變的可逆反應(yīng),在定溫、定容或定溫、定壓條件下,只改變起始時加入情況,只要按化學(xué)方程式中各物質(zhì)計量數(shù)比換算成方程式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同,則二平衡等效(不一定等同)。
例5. 在一個盛有催化劑容積可變的密閉容器中,保持一定的溫度和壓強,進(jìn)行以下反應(yīng): N2+3H22NH3 已知加入1 mol N2、4 mol H2時,達(dá)到平衡后生成a mol NH3(見表中已知項),在相同溫度和壓強下保持平衡后各組分體積分?jǐn)?shù)不變,對下列編號②~④的狀態(tài),填寫表中空白。
解析:由題意知②與①的平衡狀態(tài)互為等效平衡,②中平衡時NH3的物質(zhì)的量為①的一半,設(shè)①達(dá)到平衡的過程如下圖。
設(shè)想我們可以用隔板將①中平衡狀態(tài)均分為A、B兩部分,那么A(B)與整體當(dāng)然處于等效平衡且A(B)中NH3的量為
即達(dá)到②的平衡的初始的物質(zhì)的量為:
n(N2)=0.5mol、n(H2)=2mol、n(NH3)=0 mol
而經(jīng)過等量互換,當(dāng)n(NH3)=1mol時,
n(N2)=0mol n(H2)=1.5mol
同理知①為③這個整體的2/3,故③達(dá)到平衡時n(NH3)=
同理,設(shè)始態(tài)NH3為x,平衡時NH3為y,則
得x=2(g
[點撥]
這類等效平衡可形象地理解為整體與局部的關(guān)系。即在恒溫恒壓下,當(dāng)兩初始狀態(tài)符合局部與整體的關(guān)系時,那么相對應(yīng)的平衡態(tài)也就符合局部與整體的關(guān)系。反之亦然。
4.實戰(zhàn)演練
(一)選擇題
1.對于反應(yīng)A(s)+2B(g)
A.Y表示溫度,X表示壓強,且Y3>Y2>Y1
B.Y表示壓強,X表示溫度,且Y3>Y2>Y1
C.X表示壓強,Y表示溫度,且Y1>Y2>Y3
D.X表示溫度,Y表示壓強,且Y1>Y2>Y3
2. 在容積固定的密閉容器中存在如下反應(yīng): A(g)+3B(g)
下列判斷一定錯誤的是 ( )
A.圖I研究的是不同催化劑對反應(yīng)的影響,且乙使用的催化劑效率較高
B.圖I研究的是壓強對反應(yīng)的影響,且乙的壓強較高
C.圖Ⅱ研究的是溫度對反應(yīng)的影響,且甲的溫度較高
D.圖Ⅲ研究的是不同催化劑對反應(yīng)的影響,且甲使用的催化劑效率較高
3.右圖曲線a表示放熱反應(yīng)X(g)+Y(g) Z(g)+M(g)+N(s)進(jìn)行過程中X的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的關(guān)系。若要改變起始條件,使反應(yīng)過程按b曲線進(jìn)行,可采取的措施是 ( )
A.升高溫度 B.加大X的投入量
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