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- 2021-08-06 发布
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第二章 化学反应速率和化学平衡
第三节 化学平衡
第
2
课时
化学平衡状态的特征
(1)
动:动态平衡
(2)
等:正反应速率
=
逆反应速率
(3)
定:反应混合物中各组分的浓度保持
不变,各组分的含量一定。
(4)
变:条件改变,原平衡被破坏,在新
的条件下建立新的平衡。
可见,
化学平衡只有在一定的条件下才能保持。当
外界条件改变,旧的
化学平衡将被破坏,并建立起新的平衡状态。
可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫做化学平衡的移动。
化学平衡移动的概念
:
研究对象:
已建立平衡状态的体系
平衡移动的标志:
1
、反应混合物中各组分的浓度发生改变
2
、
V
正
≠
V
逆
一、浓度对化学平衡的影响:
Fe
3+
+ 3SCN
-
Fe(SCN)
3
(
硫氰化铁
)
增加
Fe
3+
或
SCN
-
的浓度,平衡向生成
Fe(SCN)
3
的方向移动,故
红色
加深。
1.
增加反应物的浓度
,
平衡向正反应方向移动;
小结:
2.
减少生成物的浓度
,
平衡向正反应方向移动;
3.
减小反应物浓度或增加生成物的浓度
,
平衡向逆反应方向移动
.
t
2
V”
正
= V”
逆
V
’
逆
V
,
正
t
3
V
正
= V
逆
V
正
V
逆
t
1
t
(
s
)
V
(
molL
-1
S
-1
)
0
平衡状态
Ⅰ
平衡状态
Ⅱ
增大反应物浓度
速率
-
时间关系图:
原因分析
:
增加反应物的浓度
, V
正
>
V
逆
,平衡向正反应方向移动;
当减小反应物的浓度时
,
化学平衡将怎样移动
?
速率
-
时间关系图:
结论
:
减小反应物的浓度
, V
正
<
V
逆
,平衡 向逆反应方向移动;
讨论
:
1.
结论:
在其它条件不变的情况下,增加反应物的浓度
(
或减少生成物的浓度
)
,平衡向正反应方向移动;反之,增加生成物的浓度
(
或减少反应物的浓度
)
,平衡向逆反应方向移动。
增大成本较低的反应物的浓度,提高成本较高的原料的转化率。
一、浓度对化学平衡的影响:
2.
意义:
3
、浓度对化学平衡移动的几个注意点
①对平衡体系中的固态和纯液态物质,其浓度可看作一个
常数
,增加或减小固态或液态纯净物的量并不影响
V
正
、
V
逆
的大小,所以化学平衡不移动。
②只要是
增大浓度
,不论增大的是反应物浓度,还是生成物浓度,新平衡状态下的反应速率
一定大于
原平衡状态;
减小浓度
,新平衡状态下的速率
一定小于
原平衡状态。
③反应物有两种或两种以上
,
增加一种物质的浓度
,
该物质的平衡转化率
降低
,
而其他物质的转化率
提高
。
二、压强对化学平衡的影响:
N
2
十
3H
2
2NH
3
NH
3
%
随着压强的增大而增大,即平衡向正反应的方向移动。
实验
数据:
解释:
说明:
增大压强
,
正逆反应速率均增大,但
增大倍数不一样,平衡向着体积缩小的方向移动
加压
→体积缩小
→浓度增大
→
正反应速率增大
逆反应速率增大
→
V
正
>V
逆
→
平衡向正反应方向移动。
压强
(MPa)
1
5
10
30
60
100
NH
3
%
2.0
9.2
16.4
35.5
53.6
69.4
1.
先决条件:
2.
结论:
反应体系中有气体参加且反应
前后总体积发生改变。
aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)
a+b
≠
c+d
对于反应前后气体体积发生变化的化学反应,在其它条件不变的情况下,增大压强,会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动,减小压强,会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。
体积缩小
:
即气体分子数目减少
体积增大
:
即气体分子数目增多
说明
:
V
正
= V
逆
V
正
V
逆
t
1
t
(
s
)
V
(
molL
-1
S
-1
)
0
t
2
V”
正
= V”
逆
V
’
逆
V’
正
增大压强
3.
速率
-
时间关系图:
aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) (a+b
>
c+d)
二、压强对化学平衡的影响:
aA(g)+bB(g) cC(g)
思考:
对于反应
H
2
O+CO H
2
+CO
2
如果增大压强
,
反应速率是否改变
,
平衡是否移动?
高温
催化剂
速率
-
时间关系图:
V(molL
-1
S
-1
)
T(s)
0
V
正
= V
逆
V
’
正
= V
’
逆
增大压强
,
正逆反应速率均增大,但
增大倍数一样
,
V
’
正
= V
’
逆
,
平衡不移动。
t
2
三、温度对化学平衡的影响:
2NO
2
N
2
O
4
+ 57
KJ
(红棕色)
(无色)
在其它条件不变的情况下,
升高温度
,
平衡向吸热反应方向移动。
降低温度
,
平衡向放热反应方向移动。
1.
结论
:
2.
原因分析
:
在其它条件不变的情况下
,
升高温度
,
不管是吸热反应还是放热反应
,
反应速率都增大
,
但吸热反应增大的倍数大于放热反应增大的倍数
,
故平衡向吸热反应的方向移动
.
V
正
= V
逆
V
正
V
逆
t
1
t
(
s
)
V
(
molL
-1
S
-1
)
0
t
2
V”
正
= V”
逆
V
’
逆
V’
正
升高温度
(正反应是吸热反应)
3.
速率
-
时间关系图:
2NO
2
N
2
O
4
三、温度对化学平衡的影响:
四、催化剂对化学平衡的影响:
同等程度改变化学反应速率,
V
’
正
= V
’
逆
,只改变反应到达平衡所需要的时间,而不影响化学平衡的移动。
V
(
molL
-1
S
-1
)
V
正
= V
逆
t
1
T(s)
0
V
’
正
= V
’
逆
催化剂对可逆反应的影响:
可见,要引起化学平衡的移动,必须是由于外界条件的改变而引起
V
正
≠
V
逆
。
平衡移动的本质:
化学平衡为
动态平衡
,条件改变造成
V
正
≠
V
逆
平衡移动原理(勒沙特列原理):
如果改变影响平衡的条件(如浓度、压强、或温度)等,平衡就向能减弱这种改变的方向移动。
BaCO
3
+Na
2
SO
4
= BaSO
4
↓+Na
2
CO
3
反应发生彻底的原因
?
讨论
用平衡移动的原理解释
:
解化学平衡图像题的技巧
1
、弄清横坐标和纵坐标的意义。
2
、弄清图像上点的意义,特别是一些特殊
点
(
如与坐标轴的交点、转折点、几条曲
线的交叉点
)
的意义。
3
、弄清图像所示的增、减性。
4
、弄清图像斜率的大小。
5
、看是否需要
辅助线
。
(A)
达到平衡后,若使用催化剂,
C
的质量分数增大
(B)
平衡后,若升高温度,则平衡向逆反应方向移动
(C)
平衡后,增大
A
的量,有利于平衡正向移动
(D)
化学方程式中一定有
n
>
p+q
例
3
、可逆反应
mA(s)+nB(g) pC(g)+qD(g)
。反应中,当其它条件不变时,
C
的质量分数与温度(
T
)和压强(
P
)的关系如上图,根据图中曲线分析,判断下列叙述中正确的是( )
B
二、转化率(或产率、百分含量等)
-
时间图象
可采取的措施是( )
A
、加入催化剂
B
、增大
Y
的浓度
C
、降低温度
D
、增大体系压强
A
练习
1
、图中
a
曲线表示一定条件下的可逆反应:
X
(
g
)
+Y
(
g
)
2Z
(
g
)
+W
(
g) ;
△
H =QkJ/mol
的反应过程。若使
a
曲线变为
b
曲线,
2
、在密闭容器中进行下列反应:
M
(
g
)
+N
(
g
)
R
(
g
)
+2L,
在不同条件下
R
的百分含量
R%
的变化情况如下图,下列叙述正确的是( )
A
、正反应吸热,
L
是气体
B
、正反应吸热,
L
是固体
C
、正反应放热,
L
是气体
D
、正反应放热,
L
是固体或液体
C
例
4
、在可逆反应
mA(g)+nB(g) pC(g);△H<0
中
m
、
n
、
p
为系数,且
m+n>p
。分析下列各图,在平衡体系中
A
的质量分数与温度
t℃
、压强
P
关系正确的是( )
三、百分含量(转化率或产率)
--
压强(或温度)图象
B
1
.如图所示,反应:
X
(气)
+3Y
(气)
2Z
(气)
;△
H<0
。在不同温度、不同压强(
P
1
>P
2
)下达到平衡时,混合气体中
Z
的百分含量随温度变化的曲线应为( )
C
2
、
mA(s)+nB(g) qC(g)
;
ΔH<0
的可逆反应,在一定温度下的密闭容器中进行,平衡时
B
的体积分数
V(B)%
与压强
(P)
关系如下图所示,下列叙述正确的是
( )
A
、
m+n
q C 、 X 点时的状态, V 正 >V 逆 D 、 X 点比 Y 点混和物的正 反应速率慢 BC 例 2 、下图表示某可逆反应达到平衡过程中某一反应物的 v—t 图象,我们知道 v =Δc/ Δt ;反之, Δc= v ×Δt 。请问下列 v—t 图象中的阴影面积表示的意义是 ( ) C A 、从反应开始到平衡时,该反应物的消耗浓度 B 、从反应开始到平衡时,该反应物的生成浓度 C 、从反应开始到平衡时,该反应物实际减小的浓度 温度一定,压强分别为 P1 和 P2 时,反应体系 X(s)+2Y(g)= nZ(g) 中反应物 Y 的转化率与时间的关系如图 2-27 所示,由此可知 ( ) 。 A 、 P1>p2 , n>2 B 、 P1>P2 , n<2 C 、 P13 P1 曲线先达平衡,说明压强大且反应速率大,故 P1>P2 ;再看两横线, P1 压强下平衡时 Y 的转化率小于压强为 P2 时的 Y 的转化率,说明增大压强使平衡逆移,故 n>2 。故本题答案是 A 。 例题: 可逆反应 :aX(s) + bY(g) cZ(g) +dW(g) 达到平衡,混合物中 Y 的体积分数随压强( P )与温度 T ( T 2 >T 1 )的变化关系如图示 。 1 、当压强不变时,升高温度, Y 的体积分数变 , 平衡向 方向移动,则正反应是 热反应。 2 、当温度不变时,增大压强, Y 的体积分数变 ———— , 平衡向 ———— 方向移动,则化学方程式中左右两边的系数大小关系是 ———————— 。 Y 的体积分数 压强 T 1 T 2 小 正反应 吸 大 逆反应 b<(c+d) 如可逆反应 aA(g)+ bB(g)=dD(g)+eE(g)+Q 在一定条件下达平衡状态时, A 的转化率与温度、压强的关系如图 2-29 所示。则在下列空格处填写 “ 大于 ” 、 “ 小于 ” 或 “ 等于 ” 。 (1)a+b_____c+d ; (2)Q___0 。 看任一曲线,可知温度升高, A 的转化率变大,这说明升温使平衡正移,故正反应为吸热反应,即 Q<0 再垂直于横坐标画一直线,可知:温度相同时,压强越大, A 的转化率越小。这说明增大压强使平衡逆移,即 (a+b)<(c+d) 图中的曲线是表示其他条件一定时 , 反应中 NO 的转化率与温度的关系曲线,图中标有 a 、 b 、 c 、 d 四点,其中表示未达到平衡状态,且 v( 正 ) > v( 逆 ) 的是 ( ) A. a 点 B. b 点 C. c 点 D. d 点 C 2NO + O 2 2NO 2 +Q ( Q> 0) 化学反应X 2 ( g ) +Y 2 ( g ) 2 XY ( g ) + Q ( Q > 0 ) , 达到平衡状态时,图 2—12 中各曲线符合平衡移动原理的是 ( ) AC 1 、时间对反应物或生成物的某个量 ( 如转化率、体积分数 ) 的曲线 我们以反应 2S0 2 (g)+O 2 (g) = 2S0 3 (g)+Q 为例去说明,我们用横坐标代表时间,纵坐标代表 SO 2 的转化率,反应刚开始的一瞬间 SO 2 还没有被消耗, S0 2 的转化率为 0 ,随着时间的推移, S0 2 被消耗,其转化率升高,最后达平衡,转化率不变。图 2-25 代表了在温度为 T1 而压强为 P1 的条件下的 SO 2 的转化率对时间的曲线。 如果该反应是在温度为 T2(T2>T1) 而压强为 P1 的条件下反应,则和上面的例子比,温度高,反应速率快,因而应先平衡,又由于该反应是放热反应,则平衡时 SO 2 的转化率低,我们把这两个曲线画在图 2 — 26 上,以示区别。 温度一定,压强分别为 P1 和 P2 时,反应体系 X(s)+2Y(g)= nZ(g) 中反应物 Y 的转化率与时间的关系如图 2-27 所示,由此可知 ( ) 。 A 、 P1>p2 , n>2 B 、 P1>P2 , n<2 C 、 P1 3 P1 曲线先达平衡,说明压强大且反应速率大,故 P1>p2 ;再看两横线, P1 压强下平衡时 Y 的转化率小于压强为 P2 时的 Y 的转化率,说明增大压强使平衡逆移,故 n>2 。故本题答案是 A 。 2 、压强 ( 或温度 ) 对反应物或生成物的转化率或体积分数的曲线 我们还是以反应 2S0 2 (g)+0 2 (g) = 2S0 3 (g) 为例来说明。我们用纵坐标代表 S0 2 的体积分数,用横坐标代表压强,则在温度为 T1 的条件下,该反应压强增大,平衡正移, S0 2 的体积分数降低。如在温度 T2 的条件下 (T2>T1) ,由于升温,平衡逆移,所以压强相同时 S0 2 的体积分数相对变高。这样,我们就画出了如图 2-28 的曲线。 如可逆反应 aA(g)+ bB(g)=dD(g)+eE(g)+Q 在一定条件下达平衡状态时, A 的转化率与温度、压强的关系如图 2-29 所示。则在下列空格处填写 “ 大于 ” 、 “ 小于 ” 或 “ 等于 ” 。 (1)a+b_____c+d ; (2)Q___0 。 看任一根曲线,可知温度升高, A 的转化率变大,送说明升温使平衡正移,故正反应为吸热反应,即 Q<0 再垂直于横坐标画一直线,可知:温度相同时,压强越大, A 的转化率越小。这说明增大压强使平衡逆移,即 (a+b)<(c+d) 3 、速率对时间的曲线 分析这种曲线关键是注意起点、终点和斜率。 反应 A(g)+B(g) = C(g)+Q 已达平衡,升高温度,平衡逆移,当反应一段时间后反应又达平衡,则速率对时间的曲线为( ) 首先要把握大方向,即升温使正、逆反应速率都变大,所以 B 不会是答案;再看起点和终点,由于原反应是平衡的 (V 逆 =V 正 ) ,因而起点相同,又由于再次达到平衡 (V 正= V 逆 ) ,因而终点相同,故 A 不是答案;由于正反应是放热反应,所以升温使 V 正和 V 逆都增大,但逆反应增大得更多,故 V 逆更大,即 V 逆的曲线斜率大,故答案为 C 。 一定量的混合气体,在密闭容器中发生如下反应 : xA ( g ) + y B( g ) z C( g ) ,达到平衡后测得 A 气体的浓度为 0.5mol·L - 1 ,当恒温下将密闭容器的容积扩大到两倍再达到平衡后,测得 A 浓度为 0.3mol·L - 1 ,则下列叙述正确的是 ( ) A. 平衡向正反应方向移动 B. x + y > z C. C 的体积分数降低 D . B 的转化率提高 BC