即哪方向速率大就向哪方向移动。
2.影响化学平衡的外界因素
(1)实验Ⅰ:
已知在K2Cr2O7的溶液中存在平衡
取两支试管各加入5mL0.1mol/L的K2Cr2O7溶液。
①向1号试管中加入几滴浓H2SO4,橙色变深,说明平衡向逆反应方向移动。
②向2号试管中加入几滴浓NaOH溶液,橙色变黄色,说明平衡向正反应方向移动。
(2)实验Ⅱ:
将充入NO2的球放入热水,颜色变化为红棕色变深,放入冰水中颜色变化为红棕色变浅,说明2NO2(g)N2O4(g)的ΔH<0。
(3)外界因素对平衡移动的影响
①外界条件对平衡移动的影响的vt图
a.增大反应物浓度 b.升高温度
c.增大压强(V减小) d.使用催化剂(或等体反应的加压)
e.等体反应减压
提醒:
在vt图中注意条件改变,v(正)、v(逆)的连续性和突跃性。
②平衡移动规律
改变的条件(其他条件不变)
化学平衡移动的方向
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有
气体参加的反应)
反应前后气
体体积改变
增大
压强
向气体分子总数减小的方向移动
反应前后气
体体积不变
减小
压强
向气体分子总数增大的方向移动
改变压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
同等程度改变v(正)、v(逆),平衡不移动
(4)几种特殊情况说明
①改变固体或纯液体的量,对化学平衡没影响。
②“惰性气体”对化学平衡的影响。
a.恒温、恒容条件:
原平衡体系充入惰性气体,体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动
b.恒温、恒压条件:
③同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时,应视为压强的影响。
(5)勒·夏特列原理
如果改变影响化学平衡的条件之一(如温度,压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
如对N2(g)+3H2(g)2NH3(g)反应在一定温度下达到平衡时c(N2)=amol/L,压强为p,在恒温下,将容器容积缩小一半,达到平衡时,c′(N2)<2amol/L,p′<2p。
[应用体验]
正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)往平衡体系FeCl3+3KSCNFe(SCN)3+3KCl中加入KCl固体,平衡将向逆反应方向移动,溶液颜色将变浅。
( )
(2)对于2NO2(g)N2O4(g)平衡体系,扩大体积减小压强,再达到平衡时颜色变深。
( )
(3)对于密闭容器中的可逆反应mX(g)+nY(s)pZ(g) ΔH<0,达化学平衡后,通入氦气,化学平衡一定发生移动。
( )
(4)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v吸增大,v放减小。
( )
(5)通过改变一个条件使某反应向正反应方向移动,转化率一定增大。
( )
(6)若平衡发生移动,则v正和v逆一定改变,同理v正、v逆改变,平衡一定移动。
( )
(7)对于2NH3(g)N2(g)+3H2(g)反应,恒温恒容下再充入一定量的NH3,NH3的转化率增大。
( )
(8)对于任何可逆反应,改变体系的温度,平衡一定发生移动。
( )
【答案】
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)√
[高考命题点突破]
命题点1 化学平衡移动与转化率变化的判断
1.(2017·绵阳一诊)一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收:
SO2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(l) ΔH<0。
一定温度下,在容积为2L的恒容密闭容器中1molSO2和nmolCO发生反应,5min后达到平衡,生成2amolCO2。
下列说法正确的是( )
【导学号:
95160204】
A.反应前2min的平均速率v(SO2)=0.1amol·L-1·min-1
B.当混合气体的物质的量不再改变时,反应达到平衡状态
C.平衡后保持其他条件不变,从容器中分离出部分硫,平衡向正反应方向移动
D.平衡后保持其他条件不变,升高温度和加入催化剂,SO2的转化率均增大
B [反应前5min,v(CO2)=
=0.2amol·L-1·min-1,所以v(SO2)=
v(CO2)=0.1amol·L-1·min-1,故前2min的平均速率大于0.1amol·L-1·min-1,A不正确;该反应是反应前后气体的物质的量减小的可逆反应,因此当混合气体的物质的量不再改变时,可以说明反应达到平衡状态,B正确;S是液体,改变液体的质量,平衡不移动,C不正确;该反应是放热反应,升高温度平衡向逆反应方向移动,SO2的转化率降低,催化剂不能改变平衡状态,转化率不变,D不正确。
]
2.将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,在一定条件下,发生反应并达到平衡:
X(g)+3Y(g)2Z(g) ΔH<0。
当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
【导学号:
95160205】
选项
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
升高温度
X的转化率变小
B
增大压强
X的浓度变小
C
充入一定量Y
Y的转化率增大
D
使用适当催化剂
X的体积分数变小
A [升高温度,平衡逆向移动,X的转化率变小,A正确;增大压强,平衡正向移动,但容器的体积减小,X的浓度增大,B错误;充入一定量Y,X的转化率增大,而Y的转化率减小,C错误;使用适当催化剂,只能加快反应速率,不能改变平衡,X的体积分数不变,D错误。
]
[题后归纳] 平衡移动与转化率的关系
判断转化率的变化时,不要把平衡正向移动与反应物转化率提高等同起来,要视具体情况而定。
(1)改变温度或压强,平衡正向移动,转化率增大。
(2)两种或多种反应物的反应,增大某一反应物的浓度,其他反应物的转化率增大,而自身的减小。
(3)只有一种反应物时(恒温恒容)
反应实例
反应物
的浓度
平衡
移动
转化率
变化
产物百
分含量
2SO3(g)
2SO2(g)+O2(g)
增大
正向
减小
减小
2NO2(g)
N2O4(g)
增大
正向
增大
增大
2HI(g)I2(g)+
H2(g)
增大
正向
不变
不变
命题点2 利用vt图判断影响平衡的条件
3.(2018·临沂模拟)根据vt图分析外界条件改变对可逆反应A(g)+3B(g)2C(g) ΔH<0的影响。
该反应的速率与时间的关系如图所示:
可见在t1、t3、t5、t7时反应都达到平衡,如果t2、t4、t6、t8时都只改变了一个反应条件,则下列对t2、t4、t6、t8时改变条件的判断正确的是( )
【导学号:
95160206】
A.使用了催化剂、增大压强、减小反应物浓度、降低温度
B.升高温度、减小压强、减小反应物浓度、使用了催化剂
C.增大反应物浓度、使用了催化剂、减小压强、升高温度
D.升高温度、减小压强、增大反应物浓度、使用了催化剂
D [t2时正、逆反应速率均增大,且平衡逆向移动,排除A、C项;t4时正、逆反应速率均减小,平衡逆向移动,可以是减小压强;t6时正反应速率大于逆反应速率,平衡正向移动,所以是增大反应物浓度,D项符合。
]
4.(2018·武汉模拟)在某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B,一定温度下发生反应:
A(g)+xB(g)2C(g),达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的量浓度、反应速率随时间变化如图所示。
下列说法中正确的是( )
【导学号:
95160207】
A.20~30min时温度、压强不变,40min时温度不变,增大压强
B.8min前A的平均反应速率为0.08mol·(L·s)-1
C.反应方程式中的x=1,正反应为吸热反应
D.20~40min时该反应的环境温度不变
D [第30minA、B、C的浓度突然减小,说明此时应为增大容器体积,减小压强;第40min正、逆反应速率同时增大且平衡向左移动,说明此时反应温度升高,A错误;8min前A的平均反应速率为
≈0.00133mol·(L·s)-1,B错误;由A、B、C三种物质单位时间的物质的量浓度变化可知反应方程式中的x=1,而第40min时平衡逆向移动说明正反应放热,C错误;20~40min时该平衡没有移动,故反应温度没有改变,D正确。
]
命题点3 勒·夏特列原理的理解与应用
5.下列事实能用勒·夏特列原理来解释的是( )
【导学号:
95160208】
A.SO2被氧化为SO3,往往需要使用催化剂:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
B.500℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0
C.H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色加深:
H2(g)+I2(g)2HI(g)
D.实验室采用排饱和食盐水的方法收集氯气:
Cl2+H2OH++Cl-+HClO
D [加入催化剂有利于加快反应速率,但不会引起平衡移动,不能用勒·夏特列原理解释,A错误;合成氨的正反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,500℃左右的温度比室温更有利于合成氨,是从反应速率不能太低和催化剂的活性两方面考虑,不能用平衡移动原理解释,B错误;在H2(g)+I2(g)2HI(g)平衡中,增大压强,浓度增加,颜色加深,平衡不移动,不能用勒·夏特列原理解释,C错误;氯气和水的反应是可逆反应,饱和氯化钠溶液中氯离子浓度大,化学平衡逆向进行,减小氯气在水中溶解度,实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气,能用勒·夏特列原理解释,D正确。
]
6.对于一定条件下的可逆反应
甲:
A(g)+B(g)C(g) ΔH<0
乙:
A(s)+B(g)C(g) ΔH<0
丙:
X(g)+Y(g)2Z(g) ΔH>0
达到化学平衡后,改变条件,按要求回答下列问题:
(1)升温,平衡移动方向分别为(填“向左”“向右”或“不移动”)
甲________;乙________;丙________。
此时反应体系的温度均比原来________(填“高”或“低”)。
混合气体的平均相对分子质量变化分别为(填“增大”“减小”或“不变”)
甲________;乙________;丙________。
(2)加压,使体系体积缩小为原来的
①平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”)
甲________;乙________;丙________。
②设压缩之前压强分别为p甲、p乙、p丙,压缩后压强分别为p′甲、p′乙、p′丙,则p甲与p′甲,p乙与p′乙,p丙与p′丙的关系分别为
甲________;乙________;丙________。
(3)恒温恒压充入氖气,平衡移动方向(填“向左”“向右”或“不移动”)
甲________;乙________;丙________。
【答案】
(1)向左 向左 向右 高 减小 减小 不变
(2)①向右 不移动 不移动 ②p甲
(3)向左 不移动 不移动
[易错防范] 勒·夏特列原理应用的误区
1压强的影响实质是浓度的影响,所以只有当这些“改变”造成浓度改变时,平衡才有可能移动。
如一定温度下,恒容密闭容器中进行合成氨的反应,当反应达到平衡后,充入“惰性气体Ar”,尽管容器的压强增大,但N2、H2和NH3的浓度不变,故平衡不发生移动。
2化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“消除”外界条件的改变。
如:
①增大反应物A的浓度,平衡右移,但达到新的平衡后,A的浓度比原平衡的大。
②若对体系N2g+3H2g2NH3g,从30MPa加压到60MPa,化学平衡右移,达到新的平衡时30MPa<p<60MPa。
备选考点|“等效平衡”在平衡状态比较中的应用(教师选讲)
[考纲知识整合]
1.等效平衡的概念
在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压),同一可逆反应体系,不管是从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称为等效平衡。
2.等效平衡的类型
等效类型
①
②
③
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
反应的特点
任何可逆反应
反应前后气体分子
数相等
任何可逆反应
起始投料
换算为化学方程式
同一边物质,其
“量”相同
换算为化学方程式
同一边物质,其“量”符合同一
比例
换算为化学方程式同一边物质,其“量”符合同一比例
平衡特点
质量分
数(w%)
相同
相同
相同
浓度(c)
相同
成比例
相同(气体)
物质的量(n)
相同
成比例
成比例
3.实例
在恒温恒容条件下,可逆反应:
2A(g)+B(g)3C(g)+D(g) ΔH=-Q1kJ·mol-1(Q1>0),起始物质的量如表所示:
序号
A
B
C
D
①
2mol
1mol
0
0
②
4mol
2mol
0
0
③
1mol
0.5mol
1.5mol
0.5mol
④
0
1mol
3mol
1mol
⑤
0
0
3mol
1mol
(1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?
①③⑤。
(2)达到平衡后,①放出的热量为Q2kJ,⑤吸收的热量为Q3kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为Q2+Q3=Q1。
(3)其他条件不变,当D为固体时,上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?
①②③⑤。
(4)将“恒温恒容”改为“恒温恒压”,a.上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?
①②③⑤。
b.达平衡后①②放出的热量分别为Q1和Q2,则Q1与Q2的关系Q2=2Q1。
4.平衡状态比较的三种思维模板
(1)构建恒温恒容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。
(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)
[高考命题点突破]
命题点1 同温同容条件下等效平衡的应用
1.(2018·石家庄模拟)同温度下,体积均为1L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.6kJ/mol。
测得数据如表:
容器编号
起始时各物质的物质的量/mol
达到平衡时体系
能量的变化
N2
H2
NH3
①
2
3