4、平衡移动会伴随着哪些变化
(1)反应速率的变化(引起平衡移动的本质,但速率变化也可能平衡不移动),主要看v正与v逆是否相等,如果v正≠v逆,则平衡必然要发生移动,如v正、v逆同时改变相同倍数,则平衡不移动。
(2)浓度的变化,平衡移动会使浓度变化,但是浓度的变化不一定使平衡移动。
(3)各组分百分含量的变化。
(4)平均相对分子质量的变化。
(5)颜色的变化(颜色变化,平衡不一定发生移动)。
(6)混合气体密度的变化。
(7)转化率的变化。
(8)温度变化
5、影响因素
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
平衡体系
条件变化
速率变化
平衡变化
速率变化曲线
任一平衡体系
增大反应物的浓度
v正、v逆均增大,且v正′>v逆′
正向移动
减小反应物的浓度
v正、v逆均减小,且v逆′>v正′
逆向移动
任一平衡体系
增大生成物的浓度
v正、v逆均增大,且v逆′>v正′
逆向移动
减小生成物的浓度
v正、v逆均减小,且v正′>v逆′
正向移动
正反应方向为气体体积增大的放热反应
增大压强或升高温度
v正、v逆均增大,且v逆′>v正′
逆向移动
减小压强或降低温度
v正、v逆均减小,且v正′>v逆′
正向移动
任意平衡或反应前后气体化
学计量数和相等的平衡
正催化剂或增大压强
v正、v逆同等倍数增大
平衡不移动
负催化剂或减小压强
v正、v逆同等倍数减小
【特别提醒】浓度、压强和温度对平衡移动影响的特殊情况
(1)改变固体或纯液体的量,对平衡无影响。
(2)当反应混合物中不存在气态物质时,压强的改变对平衡无影响。
(3)对于反应前后气体体积无变化的反应,如H2(g)+I2(g)
2HI(g),压强的改变对平衡无影响。
但增大(或减小)压强会使各物质的浓度增大(或减小),混合气体的颜色变深(或浅)。
(4)“惰性气体”对化学平衡的影响
①恒温、恒容条件
原平衡体系体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。
②恒温、恒压条件
(5)恒容时,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,增大(减小)浓度相当于增大(减小)压强。
(6)在恒容容器中,当改变其中一种气态物质的浓度时,必然会引起压强的改变,在判断平衡移动的方向和物质的转化率、体积分数变化时,应灵活分析浓度和压强对化学平衡的影响。
【典型例题1】【湖南醴陵一中2018届期末】下列说法正确的是()
A.对于A(s)+B(g)
C(g)+D(g)的反应,加入A,反应速率加快
B.2NO2
N2O4(正反应放热),升高温度,v(正)增大,v(逆)减小
C.一定温度下,反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)在密闭容器中进行,恒压,充入He不改变化学反应速率
D.100mL2mol·L—1稀盐酸与锌反应时,加入少量硫酸铜固体,生成氢气的速率加快
【答案】D
【点评】本题考查外界条件对化学平衡的影响,关于压强、浓度对平衡状态的影响需要注意:
(1)气体减压或增压与溶液稀释或浓缩的化学平衡移动规律相似。
(2)同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度,应视为压强对平衡的影响,如某合成氨平衡体系中,c(N2)=0.1mol·L-1、c(H2)=0.3mol·L-1、c(NH3)=0.2mol·L-1,当浓度同时增大一倍时,即让c(N2)=0.2mol·L-1、c(H2)=0.6mol·L-1、c(NH3)=0.4mol·L-1,此时相当于压强增大一倍,平衡向生成NH3的方向移动。
【迁移训练1】【陕西渭南尚德中学2019届高三上第一次质检】K2Cr2O7溶液中存在平衡:
Cr2O72-(橙色)+H2O
2CrO42-(黄色)+2H+。
用K2Cr2O7溶液进行下列实验:
结合实验,下列说法不正确的是()
A.①中溶液橙色加深,③中溶液变黄
B.②中Cr2O72-被C2H5OH还原
C.对比②和④可知K2Cr2O7酸性溶液氧化性强
D.若向④中加入70%H2SO4溶液至过量,溶液变为橙色
二、化学平衡常数
1、概念
在一定温度下,当一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数,用符号K表示。
2、表达式
对于反应mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),
K=
(固体和纯液体的浓度视为常数,通常不计入平衡常数表达式中)。
3、意义及影响因素
(1)K值越大,反应物的转化率越大,正反应进行的程度越大。
(2)K只受温度影响,与反应物或生成物的浓度变化无关。
(3)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。
4、化学平衡常数和转化率的应用总结
(1)化学平衡常数的应用
①判断平衡移动的方向
对于可逆反应:
aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g),在任意状态下,生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用浓度商表示:
Q=
,则:
Qc
②判断反应进行的程度
K值
正反应进行的程度
平衡时生成物浓度
平衡时反应物浓度
反应物转化率
越大
越大
越大
越小
越高
越小
越小
越小
越大
越低
③判断可逆反应的热效应
升高温度,若K值增大,则正反应为吸热反应;若K值减小,则正反应为放热反应。
④计算平衡体系中的相关“量”
根据相同温度下,同一反应的平衡常数不变,计算反应物或生成物的浓度、转化率等。
⑤书写化学平衡表达式
不能把反应体系中固体、纯液体及稀溶液中水的浓度写入平衡常数表达式中。
但非水溶液中发生的反应,若有水参加或生成,则此时水的浓度不可视为常数,应写入平衡常数表达式中。
如C2H5OH(l)+CH3COOH(l)
CH3COOC2H5(l)+H2O(l)
K=
⑥推导平衡常数间的关系
对于同一可逆反应,正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数,即:
K正=
;若化学方程式中的化学计量数等倍扩大n倍,则K2=K
;若化学计量数等倍缩小n倍,则K2=
;运用盖斯定律,若方程式相加,则K相乘,若方程式相减,则K相除。
【特别提醒】用压强表示的平衡常数
Kp含义:
在化学平衡体系中,用各气体物质的分压替代浓度计算的平衡常数叫压强平衡常数。
计算技巧:
第一步,根据“三段式”法计算平衡体系中各物质的物质的量或物质的量浓度;第二步,计算各气体组分的物质的量分数或体积分数;第三步,根据分压计算分式求出各气体物质的分压,某气体的分压=气体总压强×该气体的体积分数(或物质的量分数);第四步,根据平衡常数计算公式代入计算。
例如,N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),压强平衡常数表达式为Kp=
。
(2)转化率的分析与判断
①反应aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)的转化率分析
a.若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。
b.若只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率提高,A的转化率降低。
c.若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度,等效于压缩(或扩大)容器体积,气体反应物的转化率与其化学计量数有关。
同倍增大c(A)和c(B)
②反应mA(g)
nB(g)+qC(g)的转化率分析
在T、V不变时,增加A的量,等效于压缩容器体积,A的转化率与化学计量数有关。
增大c(A)
【典型例题2】【上海嘉定区2018届高三下学期调研】某温度下,一反应平衡常数
。
恒容时到达平衡后,升高温度,H2浓度减小。
下列说法正确的是()
A.升温,逆反应速率减小B.加压,H2浓度减小
C.增加H2,K减小D.该反应的正反应是吸热反应
【答案】D
【点评】本题考查外界条件对化学平衡、化学平衡常数的影响等,明确平衡常数的含义和影响因素是解答的关键。
注意对化学平衡常数的理解,同一反应,化学计量数不同,平衡常数不同,同一个化学反应平衡常数只与温度有关系。
【迁移训练2】【四川省成都市龙泉驿区一中2018届高三上学期第一次月考】在2L恒容密闭容器中充入M(g)和N(g),发生反应M(g)+N(g)
2P(g)+Q(s),所得实验数据如下表:
下列说法正确的是()
A.实验①中,若5min时测得n(N)=0.050mol,则0~5min时间内平均反应速率v(P)=0.015mo1/(L·min)
B.实验②中达到平衡后,增大压强,M的转化率增大,平衡常数不变
C.600℃时该反应的平衡常数K=3.0
D.实验③中,达到平衡时,x<0.10
【答案】D
三、勒夏特列原理平衡移动原理应用
1、勒夏特列原理
(1)内容
如果改变影响平衡的条件之一(如温度、浓度或压强),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
(2)适用
①该原理适用于化学平衡、溶解平衡、电离平衡、水解平衡等动态平衡。
②这种减弱并不能消除外界条件的变化。
【指点迷津】应用勒夏特列原理时要注意不能走入误区:
(1)是否真的改变了影响化学平衡的条件。
例如:
A.改变化学平衡体系中固体或纯液体的物质的量时,并未改变影响化学平衡的条件;
B.即使有气体存在的化学平衡体系,恒温、恒容下充入惰性气体,也未改变影响化学平衡的条件。
(2)可逆反应是否存在能够减弱某项条件改变的反应方向,例如对mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),m+n=p+q型的可逆反应,它无气体体积扩大或缩小的反应方向,即使是改变压强,化学平衡也不移动。
2、平衡移动的应用
①判状态:
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。
②判系数:
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数或反应物和生成物之间的计量数的大小关系。
③判ΔH:
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反应或放热反应。
④判转化率:
根据条件改变对化学平衡的影响,可以判断达到新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百分含量的变化。
⑤调控反应:
根据影响化学反应速率和平衡的条件以及化学平衡移动原理,可调控工业反应使之效益最大化。
【规律总结】理解勒夏特列原理
化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变,而不是“抵消”外界条件的改变,改变是不可逆转的。
新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。
如①增大反应物A的浓度,平衡右移,A的浓度在增大的基础上减小,但达到新平衡时,A的浓度一定比原平衡大;②若将体系温度从50℃升高到80℃,则化学平衡向吸热反应方向移动,达到新的平衡状态时50℃<T<80℃;③若对体系N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)加压,例如从30MPa加压到60MPa,化学平衡向气体分子数减小的方向移动