平衡向逆反应方向移动。
4.借助图像,分析影响化学平衡的因素
(1)影响化学平衡的因素
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
因素
任何反应
可逆反应
平衡移动方向
浓度
增大c(反应物),v加快;减少c(反应物),v减慢。
说明:
(1)是c(反应物)而不是c(生成物);
(2)纯固体、纯液体的浓度视为定值
增大c(反应物),v正立即增大,随后减小,v逆瞬时不变,随后增大,直至v正=v逆。
说明:
对可逆反应,其他条件相同的情况下,v正取决于反应物浓度,v逆取决于生成物浓度,因为生成物即为逆反应的反应物。
例:
2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),v正=kc2(SO2)·c(O2),v逆=k′c2(SO3)(k,k′为常数,与催化剂等其他因素相关)
压强
对有气体参与的反应,缩小容器体积,压强增大,v加快;扩大容器体积,压强减小,v减慢。
说明:
(1)压强对v的影响,本质是对c(反应物)的影响,即p变化⇒c(反应物)变化⇒v变化。
(2)无气体参与的反应,压强变化对它们的浓度几乎无影响,可以认为v不变
对于有气体参加的可逆反应,增大压强,v正、v逆均增大;减小压强,v正、v逆均减小。
说明:
(1)压缩体积,压强增大,所有气体浓度均增大,v正、v逆均增大,一般气体系数和大的一方增大得快;同理,扩大体积,压强减小,v正、v逆均减小,气体系数和大的一方减小得快。
(2)对于气体反应体系,有以下几种情况。
①恒温时:
增大压强
体积缩小引起浓度增大
反应速率加快。
②恒温恒容时:
a.充入气体反应物
浓度增大
速率加快;
b.充入惰性气体
总压增大,但各气体分压不变,即各物质的浓度不变,反应速率不变。
③恒温恒压时:
充入惰性气体
体积增大
各反应物浓度减小
反应速率减慢。
其中,把与化学反应体系中各成分均不起反应的气体统称为惰性气体
mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
温度
升高温度,v加快,降低温度,v减慢。
说明:
温度升高10℃,速率加快2~4倍
升高温度,v正、v逆均增大,吸热方向变化大;降低温度,v正、v逆均减小,吸热方向变化大
催化剂
正催化剂加快反应速率;负催化剂减缓反应速率
催化剂同等程度地改变可逆反应的正逆反应速率
(2)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。
深度思考
1.正误判断,正确的划“√”,错误的划“×”
(1)化学平衡发生移动,化学反应速率一定改变;化学反应速率改变,化学平衡也一定发生移动(×)
(2)升高温度,平衡向吸热反应方向移动,此时v放减小,v吸增大(×)
2.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:
A(g)+B(g)2C(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________。
答案 向左 向左 向右 高 减小 减小 不变
(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
、p
、p
,则p甲与p
,p乙与p
,p丙与p
的关系分别为
甲________;乙________;丙________。
③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________。
答案 ①向右 不移动 不移动 ②p甲<p
<2p甲 p
=2p乙 p
=2p丙 ③增大 不变 不变
3.已知一定条件下合成氨反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1,在反应过程中,反应速率的变化如图所示,请根据速率的变化回答采取的措施。
t1____________;t2______________;t3______________;
t4____________。
答案 增大c(N2)或c(H2) 加入催化剂 降低温度 增大压强
题组一 选取措施使化学平衡定向移动
1.COCl2(g)CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施:
①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是( )
A.①②④B.①④⑥
C.②③⑤D.③⑤⑥
答案 B
解析 该反应为体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促使反应正向移动。
恒压通入惰性气体,相当于减压。
恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。
增加CO的浓度,将导致平衡逆向移动。
2.某温度下,在密闭容器中SO2、O2、SO3三种气态物质建立化学平衡后,改变条件对反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0的正、逆反应速率的影响如图所示:
(1)加催化剂对反应速率影响的图像是________(填序号,下同),平衡________移动。
(2)升高温度对反应速率影响的图像是__________,平衡向________方向移动。
(3)增大反应容器体积对反应速率影响的图像是________,平衡向________方向移动。
(4)增大O2的浓度对反应速率影响的图像是__________,平衡向________方向移动。
答案
(1)C 不
(2)A 逆反应 (3)D 逆反应
(4)B 正反应
解析
(1)加入催化剂,正、逆反应速率均增大,图像上应该出现“断点”,且应在原平衡的反应速率之上;催化剂使正、逆反应速率增大的倍数相同,则改变条件后的速率线应该平行于横坐标轴,图像为C。
(2)升高温度,正、逆反应速率均增大,图像上应该出现“断点”且应在原平衡的反应速率之上。
因题给反应的正反应放热,升温平衡逆向移动,所以v正′(3)增大反应容器体积即减小压强,正、逆反应速率均减小,图像上应该出现“断点”且应在原平衡的反应速率之下。
因减小压强平衡逆向移动,所以v正′(4)增大O2的浓度,正反应速率会“突然增大”,图像上出现“断点”且应在原平衡的反应速率之上,但逆反应速率应该在原来的基础上逐渐增大,图像为B。
题组二 条件改变时化学平衡移动结果的判断
3.一定条件下,向一容积固定的密闭容器中通入2molSO2和1molO2,发生2SO2+O22SO3 ΔH<0,一段时间后达到平衡,SO2、O2、SO3的物质的量分别为amol、bmol、cmol,按要求回答下列问题。
(1)平衡后,通入2molSO2,则SO2的转化率________,O2的转化率________。
(填“增大”、“减小”或“不变”,下同)
(2)平衡后,通入2molSO2,1molO2,则SO2的转化率________,O2的转化率________,SO2的百分含量________,O2的百分含量__________,SO3的百分含量__________。
(3)平衡后,通入amolSO2,bmolO2,cmolSO3,则SO2的转化率________,O2的转化率________,SO2的百分含量________,O2的百分含量________,SO3的百分含量________。
(4)平衡后,通入2molSO3,则平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)移动,SO2的百分含量________,O2的百分含量________,SO3的百分含量________。
(5)平衡后,升温,则SO2转化率________,O2的转化率________,SO2的百分含量________,O2的百分含量________,SO3的百分含量________。
答案
(1)减小 增大
(2)增大 增大 减小 减小 增大 (3)增大 增大 减小 减小 增大 (4)逆反应 减小 减小 增大 (5)减小 减小 增大 增大 减小
4.对于以下三个反应,从正反开始进行达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
再充入PCl5(g)平衡向________方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率________,PCl5(g)的百分含量______。
答案 正反应 减小 增大
(2)2HI(g)I2(g)+H2(g)
再充入HI(g)平衡向________方向移动,达到平衡后,HI的分解率________,HI的百分含量________。
答案 正反应 不变 不变
(3)2NO2(g)N2O4(g)
再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率________,NO2(g)的百分含量________。
答案 正反应 增大 减小
5.将等物质的量的N2、H2气体充入某密闭容器中,在一定条件下,发生如下反应并达到平衡:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。
当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,下表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是( )
改变条件
新平衡与原平衡比较
A
增大压强
N2的浓度一定变小
B
升高温度
N2的转化率变小
C
充入一定量H2
H2的转化率不变,N2的转化率变大
D
使用适当催化剂
NH3的体积分数增大
答案 B
解析 A项,正反应是体积减小的反应,依据勒夏特列原理可知增大压强平衡向正反应方向移动,但氮气的浓度仍然比原平衡大,A不正确;B项,正反应是放热反应,则升高温度平衡向逆反应方向移动,氮气的转化率降低,B正确;C项,充入一定量的氢气,平衡向正反应方向移动,氮气的转化率增大,而氢气的转化率降低,C不正确;D项,催化剂只能改变反应速率而不能改变平衡状态,D不正确,答案选B。
6.在一体积可变的密闭容器中,加入一定量的X、Y,发生反应mX(g)nY(g) ΔH=QkJ·mol-1。
反应达到平衡时,Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示:
c(Y)/mol·L-1温度/℃气体体积/L
1
2
4
100
1.00
0.75
0.53
200
1.20
0.90
0.63
300
1.30
1.00
0.70
下列说法正确的是( )
A.m>n
B.Q<0
C.温度不变,压强增大,Y的质量分数减少
D.体积不变,温度升高,平衡向逆反应方向移动
答案 C
解析 温度不变时(假设100℃条件下),体积是1L时,Y的物质的量为1mol,体积为2L时,Y的物质的量为0.75mol·L-1×2L=1.5mol,体积为4L时,Y的物质的量为0.53mol·L-1×4L=2.12mol,说明体积越小,压强越大,Y的物质的量越小,Y的质量分数越小,平衡向生成X的方向进行,m0,B、D项错误。
2.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。
3.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℃4.我们在分析化学平衡移动对颜色、压强、浓度等变化时,有时我们可以给自己建立一个平台,“假设平衡不移动”,然后在此平台的基础上进行分析、比较,就容易得到正确答案。
5.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。
判断平衡转化率变化的两个类型
反应类型
条件的改变
反应物转化率的变化
有多种反应物的可逆反应mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
恒容时只增加反应物A的用量
反应物A的转化率减小,反应物B的转化率增大
同等倍数地增大反应物A、B的量
恒温恒压条件下
反应物转化率不变
恒温恒容条件下
m+n>p+q
反应物A和B的转化率均增大
m+n
反应物A和B的转化率均减小
m+n=p+q
反应物A和B的转化率均不变
只有一种反应物的可逆反应mA(g)nB(g)+pC(g)
增加反应物A的用量
恒温恒压条件下
反应物转化率不变
恒温恒容条件下
m>n+p
反应物A的转化率增大
m反应物A的转化率减小
m=n+p
反应物A的转化率不变
考点三 等效平衡
1.含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压),对同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量相同。
2.原理
同一可逆反应,当外界条件一定时,反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到平衡状态。
其中平衡混合物中各物质的含量相同。
由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关。
因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。
3.规律
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
深度思考
1.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),起始物质的量如下表所示:
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?
达到平衡后,哪些量相同?
(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________________。
答案
(1)①③⑤互为等效平衡。
表现在达到平衡后物质的量、质量、体积、物质的量浓度、各组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。
(2)Q2+Q3=Q1
2.在恒温恒容条件下,可逆反应:
2A(g)+B(g)3C(g)+D(s)起始物质的量如下表所示:
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
上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?
达到平衡后,哪些量相同?
答案 ①②③⑤互为等效平衡。
表现在达到平衡后各组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。
3.在恒温恒压条件下,可逆反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)起始物质的量如下表所示:
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