化学平衡的移动及其影响因素专题
一、化学平衡的移动
(1)化学平衡移动的原因及定义
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。化学平衡移动的原因是反应条件的改变引起反应速率的变化,使υ(正)≠υ(逆) ,平衡混合物中各组分的含量也发生相应的变化。
(2)化学平衡移动的标志
从微观上来看,外界条件的改变使原平衡体系υ(正) =υ(逆) 的关系被破坏,使υ(正)≠υ(逆) ,然后在新的条件下,重新建立υ(正) =υ(逆) 的关系,才能表明化学平衡发生了移动。
如果外界条件的改变使υ(正) 、υ(逆) 同等程度地改变,即变化的倍数相同,那么对反应中任何一种物质而言,消耗了多少就会生成多少,因此体系中各物质的浓度不发生改变,所以此时平衡不移动。
从宏观上来看,反应混合物中各组分的体积分数发生了改变,才能说明化学平衡发生了移动。
(3)化学平衡移动方向的判定
外界条件的改变,首先影响的是化学反应速率,因此要判断平衡的移动方向,我们首先 必须知道条件改变对υ(正) 、υ(逆) 的影响哪个大些: ①υ(正) >υ(逆) :化学平衡向正反应方向(右)移动:
②υ(正) <υ(逆) :化学平衡向逆反应方向(左)移动
③υ(正) =υ(逆) :化学平衡不移动
(4)转化率
对于可逆反应A (g ) B (s ) +C (l ) ,达到平衡时,反应物A 的转化率为:
消耗掉的A 的总量投入的A 的总量
A 的转化率=
⨯100%
二、外界条件对化学平衡的影响
(1)浓度:增大反应物的浓度平衡向正方向移动;反之则向逆方向移动:
−−−−−−−−−−−→平衡正向(向右)移动 平衡逆向(向左)移动←−−−
增大生成物的浓度
减小反应物的浓度增大反应物的浓度减小生成物的浓度
当增大反应物浓度时,正反应速率增大,随之生成物浓度也逐渐增大,逆反应速率也增大,但逆反应速率增大量不及正反应速率增大量,所以平衡向正反应方向(右)移动。若减少生成物浓度,则逆反应速率减小,随之反应物浓度降低,正反应速率也减小,但正反应速率减小的程度不及逆反应速率减小程度,所以平衡向正反应方向(右)移动。反之亦然:
需要注意的是,固体或纯液体的浓度视为常数。增大固体或纯液体的量,由于浓度不变,
所以平衡不移动。
−−→pC (g )+qD (g ),若增大反应物A 的浓度,平衡将向对于反应mA (g )+n B (g )←−−
正反方向移动。反应物B 的转化率将增大,而A 则减小。即只增加一种反应物的浓度,则
平衡一定向右移动,该反应物的转化率一定减小。在化工生产上,往往采用增大容易取得或成本较低的反应物的浓度的方法,使成本较高的原料得到充分的利用。
(2)温度
升高温度,将增大化学反应速率,υ(正) 和υ(逆) 都将增大;降低温度,将减小化学反应 速率,υ(正) 和υ(逆) 都将减小:
−−−−−−→υ(正) 和υ(逆) 都增大 υ(正) 和υ(逆) 都减小←−−
降低温度升高温度
如对于反应a A (g ) + b B(g ) c C(g ) ∆H 有:
分析以上图像可知,升高温度,可逆反应的速率都增大,但吸热反应增大的程度要大于放热反应,反之亦然。所以对于任意反应有:
−−−−−−→平衡向吸热方向移动 平衡向放热方向移动←−−
降低温度升高温度
升高温度,化学平衡移动后,在新的平衡状态下,化学反应速率一定大于原平衡状态的
化学反应速率,反之亦然。
(3)压强
−−→2NH (g ),压强变化和NH 3含量的如表:
对于合成氨反应:N 2(g )+3H 2(g )←−−3
可以看到,增大压强,N H 3 的百分含量增大,平衡向正反应方向移动。在合成氨的反应中,反应方程式中左边系数之和为4,右边的系数之和为2。即增大压强,平衡向气体体
积缩小的方向移动。因此,可以得出,在其它条件不变时,对于有气体参与的可逆反应有:
−−−−−−→平衡向气体体积缩小的方向移动 平衡向气体体积增大的方向移动←−−
减小压强增加压强
若对于方程式左右两边气体的系数之和相等的反应:
−−→(m +n ) D (g ) +xF (s ) mA (g ) +nB (g ) +yC (l ) ←−−
则有在其他条件不变时,若反应前后气体体积不变(或无气体参加的可逆反应),压强改变,平衡不移动。
综上所述,对于有气体参加的可逆反应:
−−→cC (g ) aA (g )+bB (g )←−−
其改变压强后的速率-时间关系图如下所示:
分析以上图像可知,增加压强(实际上是增加了各气体的分压),可逆反应的正逆反应的速率都增大,但使气体体积缩小的反应增大的程度要大于使气体体积增大的反应,所以平衡向气体体积缩小的方向移动。反之亦然。
比较浓度变化和压强变化的速率-时间图像可知: 压强改变的瞬间−−→正逆反应速率都改变−−→v -t 图像出现“断点”
浓度改变的瞬间−−“断点” →只有浓度发生改变的方向速率发生变化−−→v -t 图像无
例:回答下列问题:
−−→cC (l )达到平衡后,改变压强,平衡将向 ①对于反应aA (s )+bB (l )←−−−−→cC (g ),若a+b=c,达到平衡后改变压强,平衡将向 ②对于反应aA (g )+bB (g )←−−
移动。
−−→2NH 达到平衡后,再充入一定量的氩 ③一定条件下的密闭容器中,反应N 2+3H 2←−−3
气,平衡将做怎样的移动?。
(4)充入“无关气体”对平衡的影响 ①恒容时:
→引起总压增大,但各反应物的浓度不变−−→平衡不移动 充入“无关气体”−−
②恒压时:
→引起总体积增大−−→使各反应物浓度减小 充入“无关气体”−−
−−→各气体的分压减小−−→平衡向气体体积增大的方向移动
由此可知,压强的改变如果没有引起气体体积的变化,则不能引起平衡的移动。因为压
强实际上是通过改变气体的分压使平衡发生移动的。
三、勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强、浓度),平衡就向能够减弱这种改 变的方向移动。以上称为勒夏特列原理。
需要注意的是,勒夏特列原理不适用于未达到平衡的体系。如对于一个正在进行的可逆反应,改变其中一个条件(如温度、压强、浓度),无法判断平衡移动的方向。 勒夏特列原理中,“减弱这种改变”指的是:
四、催化剂对化学平衡移动的影响
我们知道,催化剂能改变化学反应速率,但由于催化剂是同等程度地改变正、逆反应的速率,所以向一个已经达到平衡的反应体系中加入催化剂,平衡不移动:
所以,对于未达到平衡的反应体系,使用催化剂可以缩短达到平衡所需的时间。
例:将0.050 mol SO2(g)和0.030 mol O2(g)放入容积为1 L的密闭容器中,反应:
2SO 2(g ) +O 2(g ) 2SO 3(g ) ∆H
催化剂
在一定条件下达到平衡,测得c(SO3) =0.040 mol/L,回答下列问题:
(1)计算该条件下反应中SO 2的平衡转化率。
(2)平衡状态时,在体积不变的条件下,下列措施中有利于提高SO 2转化率的有。 A .升高温度 B .降低温度 C .增大压强 D .减小压强 E .加入催化剂 G .移出氧气
五、典型习题
−−→cZ (g )在一定温度下的一例:可逆反应aX (g )+bY (g )←−−
密闭容器内达到平衡后,t 0时改变某一外界条件,化学反应速率(v )-时间(t )图象如右图。则下列说法中正确的是( ) A. 若a +b =c ,则t 0时只能是增大了容器的压强
B. 若a +b =c ,则t 0时只能是加入了催化剂 C. 若a +b ≠c ,则t 0时只能是增大了容器的压强 D . 若a +b ≠c ,则t 0时只能是加入了催化剂
例:在A (g )+B (g ) C (g )+D (g ) 的反应体系中,C
的百分含量和时间的关系如
图所示,若反应分别在400℃和100℃下进行,所得曲线分别为Q 与P ,则正反应是放热反应的图为( )
A . B. C. D.
−−→2Z (g ) 现例:有如下的可逆反应:X (g ) +2Y (g ) ←−−
将X 和Y 以1︰2的体积比混合在密闭容器中,加压到3×10Pa ,达到平衡后,已知平衡状态时反应物的总物质的量和生成物的总物质的量相等时,对应图中坐标上的温
度是( )
A.100℃ B.200℃ C. 300℃ D. 不能确定
例:在一定条件下,将X 和Y 两种物质按不同的比例放入密闭容器中反应,平衡后测得X ,Y 的转化率与起始时两物质的物质的量之比n x /ny 的关系如图所示,则反应方程式可表示为( ) A.2X +Y C.X +3Y
−−→nC (g ) (正反应放热)例:现有可逆反应A (g )+2B (g )←−,−
7
3Z B.3X +2Y
Z D . 3X +Y 2Z Z
在相同温度、不同压强时,A 的转化率跟反应时间(t )的关系如右图所示,其中结论正确的是( ) A. p 1>p 2,n >3 B. p 1<p 2,n >3 C. p 1<p 2,n <3 D.p 1>p 2,n =3
例:在容积不变的密闭容器中,一定条件下进行如下放热反应:
N O (g )+C O (g )−−→
12
N 2(g )+C O 2
右图曲线a 表示该反应过程中,NO 的转化率与反应时间的关系。若改变起始条件,使反应过程按照曲线b 进行,可采取的措施是( )
A. 加催化剂 B. 向密闭容器中加入氩气 C . 降低温度 D. 增大反应物中NO 的浓度
−−→C (g ) (正反应放热)在例:下图表示反应A (g ) +B (g ) ←−−
不同条件下反应混合物中C 的百分含量和反应过程所需时间的关系曲线。下列有关叙述正确的是( )
A. 若其它条件相同,a 比b 的温度高 B.a 表示有催化剂,b 表示无催化剂
C . 若n =2,其它条件相同,a 比b 的压强大 D.反应由逆反应开始
−−→pC +qD 当其它条件不变,例:对于如下的反应:mA (g ) +nB (g ) ←−−
温度分别为T 1和T 2时,反应物B 的百分含量与反应时间(t )的关系分别可用图中曲线I 和曲线II 表示,据此下列判断正确的是( )
A . T1>T2 B.正反应是吸热反应 C.T2>T1 D . 逆反应是吸热反应
−−→2Z (g ) (正反应放热)例:今有反应X (g ) +Y (g ) ←−,−
右图表示该反应在t 1时达到平衡,在t 2时因改变某个条件而发生变化的曲线。则下图中的t 2时改变的条件是( )
A. 升高温度或降低Y 的浓度 B. 加入催化剂或增大X 的浓度 C . 降低温度或增大Y 的浓度 D. 缩小体积或降低X 的浓度
O
1
2 2
时间
−−→2Y (g ) +Z (g ) (正反应放热)例:在一定条件下,可逆反应2X (g ) ←−,在t 1时达到平−
衡,然后在t 2时开始加热至一定温度后停止加热并保温,到t3时又建立平衡,下图中能表示这一变化情况的是( )
A . B . C. D .
−−→2C 中,A 的最大例:在其他条件一定时,反应2A +B ←−−
转化率与温度的关系曲线如图,下列叙述正确的有( ) A .X 或Y 两点相应的v(正) =v(逆) ,吸热反应
B .Z 、N 两点表示未达平衡状态,且都是v(正) > v(逆) C .W 点表示非平衡状态,v(正) > v(逆) D .相应反应速率大小的点:W>Y>N
−−→3R (g ) 例:某可逆反应L (s ) +G (g ) ←−(正反应为吸热反应),−
右图表示外界条件温度、压强的变化对上述反应的影响。试判
断图中Y 轴可以表示( ) A .平衡混合气中R 的质量分数 B .达到平衡时G 的转化率 C .平衡混合气中G 的质量分数 D .达到平衡时L 的转化率
化学平衡的移动及其影响因素专题
一、化学平衡的移动
(1)化学平衡移动的原因及定义
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。化学平衡移动的原因是反应条件的改变引起反应速率的变化,使υ(正)≠υ(逆) ,平衡混合物中各组分的含量也发生相应的变化。
(2)化学平衡移动的标志
从微观上来看,外界条件的改变使原平衡体系υ(正) =υ(逆) 的关系被破坏,使υ(正)≠υ(逆) ,然后在新的条件下,重新建立υ(正) =υ(逆) 的关系,才能表明化学平衡发生了移动。
如果外界条件的改变使υ(正) 、υ(逆) 同等程度地改变,即变化的倍数相同,那么对反应中任何一种物质而言,消耗了多少就会生成多少,因此体系中各物质的浓度不发生改变,所以此时平衡不移动。
从宏观上来看,反应混合物中各组分的体积分数发生了改变,才能说明化学平衡发生了移动。
(3)化学平衡移动方向的判定
外界条件的改变,首先影响的是化学反应速率,因此要判断平衡的移动方向,我们首先 必须知道条件改变对υ(正) 、υ(逆) 的影响哪个大些: ①υ(正) >υ(逆) :化学平衡向正反应方向(右)移动:
②υ(正) <υ(逆) :化学平衡向逆反应方向(左)移动
③υ(正) =υ(逆) :化学平衡不移动
(4)转化率
对于可逆反应A (g ) B (s ) +C (l ) ,达到平衡时,反应物A 的转化率为:
消耗掉的A 的总量投入的A 的总量
A 的转化率=
⨯100%
二、外界条件对化学平衡的影响
(1)浓度:增大反应物的浓度平衡向正方向移动;反之则向逆方向移动:
−−−−−−−−−−−→平衡正向(向右)移动 平衡逆向(向左)移动←−−−
增大生成物的浓度
减小反应物的浓度增大反应物的浓度减小生成物的浓度
当增大反应物浓度时,正反应速率增大,随之生成物浓度也逐渐增大,逆反应速率也增大,但逆反应速率增大量不及正反应速率增大量,所以平衡向正反应方向(右)移动。若减少生成物浓度,则逆反应速率减小,随之反应物浓度降低,正反应速率也减小,但正反应速率减小的程度不及逆反应速率减小程度,所以平衡向正反应方向(右)移动。反之亦然:
需要注意的是,固体或纯液体的浓度视为常数。增大固体或纯液体的量,由于浓度不变,
所以平衡不移动。
−−→pC (g )+qD (g ),若增大反应物A 的浓度,平衡将向对于反应mA (g )+n B (g )←−−
正反方向移动。反应物B 的转化率将增大,而A 则减小。即只增加一种反应物的浓度,则
平衡一定向右移动,该反应物的转化率一定减小。在化工生产上,往往采用增大容易取得或成本较低的反应物的浓度的方法,使成本较高的原料得到充分的利用。
(2)温度
升高温度,将增大化学反应速率,υ(正) 和υ(逆) 都将增大;降低温度,将减小化学反应 速率,υ(正) 和υ(逆) 都将减小:
−−−−−−→υ(正) 和υ(逆) 都增大 υ(正) 和υ(逆) 都减小←−−
降低温度升高温度
如对于反应a A (g ) + b B(g ) c C(g ) ∆H 有:
分析以上图像可知,升高温度,可逆反应的速率都增大,但吸热反应增大的程度要大于放热反应,反之亦然。所以对于任意反应有:
−−−−−−→平衡向吸热方向移动 平衡向放热方向移动←−−
降低温度升高温度
升高温度,化学平衡移动后,在新的平衡状态下,化学反应速率一定大于原平衡状态的
化学反应速率,反之亦然。
(3)压强
−−→2NH (g ),压强变化和NH 3含量的如表:
对于合成氨反应:N 2(g )+3H 2(g )←−−3
可以看到,增大压强,N H 3 的百分含量增大,平衡向正反应方向移动。在合成氨的反应中,反应方程式中左边系数之和为4,右边的系数之和为2。即增大压强,平衡向气体体
积缩小的方向移动。因此,可以得出,在其它条件不变时,对于有气体参与的可逆反应有:
−−−−−−→平衡向气体体积缩小的方向移动 平衡向气体体积增大的方向移动←−−
减小压强增加压强
若对于方程式左右两边气体的系数之和相等的反应:
−−→(m +n ) D (g ) +xF (s ) mA (g ) +nB (g ) +yC (l ) ←−−
则有在其他条件不变时,若反应前后气体体积不变(或无气体参加的可逆反应),压强改变,平衡不移动。
综上所述,对于有气体参加的可逆反应:
−−→cC (g ) aA (g )+bB (g )←−−
其改变压强后的速率-时间关系图如下所示:
分析以上图像可知,增加压强(实际上是增加了各气体的分压),可逆反应的正逆反应的速率都增大,但使气体体积缩小的反应增大的程度要大于使气体体积增大的反应,所以平衡向气体体积缩小的方向移动。反之亦然。
比较浓度变化和压强变化的速率-时间图像可知: 压强改变的瞬间−−→正逆反应速率都改变−−→v -t 图像出现“断点”
浓度改变的瞬间−−“断点” →只有浓度发生改变的方向速率发生变化−−→v -t 图像无
例:回答下列问题:
−−→cC (l )达到平衡后,改变压强,平衡将向 ①对于反应aA (s )+bB (l )←−−−−→cC (g ),若a+b=c,达到平衡后改变压强,平衡将向 ②对于反应aA (g )+bB (g )←−−
移动。
−−→2NH 达到平衡后,再充入一定量的氩 ③一定条件下的密闭容器中,反应N 2+3H 2←−−3
气,平衡将做怎样的移动?。
(4)充入“无关气体”对平衡的影响 ①恒容时:
→引起总压增大,但各反应物的浓度不变−−→平衡不移动 充入“无关气体”−−
②恒压时:
→引起总体积增大−−→使各反应物浓度减小 充入“无关气体”−−
−−→各气体的分压减小−−→平衡向气体体积增大的方向移动
由此可知,压强的改变如果没有引起气体体积的变化,则不能引起平衡的移动。因为压
强实际上是通过改变气体的分压使平衡发生移动的。
三、勒夏特列原理
如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强、浓度),平衡就向能够减弱这种改 变的方向移动。以上称为勒夏特列原理。
需要注意的是,勒夏特列原理不适用于未达到平衡的体系。如对于一个正在进行的可逆反应,改变其中一个条件(如温度、压强、浓度),无法判断平衡移动的方向。 勒夏特列原理中,“减弱这种改变”指的是:
四、催化剂对化学平衡移动的影响
我们知道,催化剂能改变化学反应速率,但由于催化剂是同等程度地改变正、逆反应的速率,所以向一个已经达到平衡的反应体系中加入催化剂,平衡不移动:
所以,对于未达到平衡的反应体系,使用催化剂可以缩短达到平衡所需的时间。
例:将0.050 mol SO2(g)和0.030 mol O2(g)放入容积为1 L的密闭容器中,反应:
2SO 2(g ) +O 2(g ) 2SO 3(g ) ∆H
催化剂
在一定条件下达到平衡,测得c(SO3) =0.040 mol/L,回答下列问题:
(1)计算该条件下反应中SO 2的平衡转化率。
(2)平衡状态时,在体积不变的条件下,下列措施中有利于提高SO 2转化率的有。 A .升高温度 B .降低温度 C .增大压强 D .减小压强 E .加入催化剂 G .移出氧气
五、典型习题
−−→cZ (g )在一定温度下的一例:可逆反应aX (g )+bY (g )←−−
密闭容器内达到平衡后,t 0时改变某一外界条件,化学反应速率(v )-时间(t )图象如右图。则下列说法中正确的是( ) A. 若a +b =c ,则t 0时只能是增大了容器的压强
B. 若a +b =c ,则t 0时只能是加入了催化剂 C. 若a +b ≠c ,则t 0时只能是增大了容器的压强 D . 若a +b ≠c ,则t 0时只能是加入了催化剂
例:在A (g )+B (g ) C (g )+D (g ) 的反应体系中,C
的百分含量和时间的关系如
图所示,若反应分别在400℃和100℃下进行,所得曲线分别为Q 与P ,则正反应是放热反应的图为( )
A . B. C. D.
−−→2Z (g ) 现例:有如下的可逆反应:X (g ) +2Y (g ) ←−−
将X 和Y 以1︰2的体积比混合在密闭容器中,加压到3×10Pa ,达到平衡后,已知平衡状态时反应物的总物质的量和生成物的总物质的量相等时,对应图中坐标上的温
度是( )
A.100℃ B.200℃ C. 300℃ D. 不能确定
例:在一定条件下,将X 和Y 两种物质按不同的比例放入密闭容器中反应,平衡后测得X ,Y 的转化率与起始时两物质的物质的量之比n x /ny 的关系如图所示,则反应方程式可表示为( ) A.2X +Y C.X +3Y
−−→nC (g ) (正反应放热)例:现有可逆反应A (g )+2B (g )←−,−
7
3Z B.3X +2Y
Z D . 3X +Y 2Z Z
在相同温度、不同压强时,A 的转化率跟反应时间(t )的关系如右图所示,其中结论正确的是( ) A. p 1>p 2,n >3 B. p 1<p 2,n >3 C. p 1<p 2,n <3 D.p 1>p 2,n =3
例:在容积不变的密闭容器中,一定条件下进行如下放热反应:
N O (g )+C O (g )−−→
12
N 2(g )+C O 2
右图曲线a 表示该反应过程中,NO 的转化率与反应时间的关系。若改变起始条件,使反应过程按照曲线b 进行,可采取的措施是( )
A. 加催化剂 B. 向密闭容器中加入氩气 C . 降低温度 D. 增大反应物中NO 的浓度
−−→C (g ) (正反应放热)在例:下图表示反应A (g ) +B (g ) ←−−
不同条件下反应混合物中C 的百分含量和反应过程所需时间的关系曲线。下列有关叙述正确的是( )
A. 若其它条件相同,a 比b 的温度高 B.a 表示有催化剂,b 表示无催化剂
C . 若n =2,其它条件相同,a 比b 的压强大 D.反应由逆反应开始
−−→pC +qD 当其它条件不变,例:对于如下的反应:mA (g ) +nB (g ) ←−−
温度分别为T 1和T 2时,反应物B 的百分含量与反应时间(t )的关系分别可用图中曲线I 和曲线II 表示,据此下列判断正确的是( )
A . T1>T2 B.正反应是吸热反应 C.T2>T1 D . 逆反应是吸热反应
−−→2Z (g ) (正反应放热)例:今有反应X (g ) +Y (g ) ←−,−
右图表示该反应在t 1时达到平衡,在t 2时因改变某个条件而发生变化的曲线。则下图中的t 2时改变的条件是( )
A. 升高温度或降低Y 的浓度 B. 加入催化剂或增大X 的浓度 C . 降低温度或增大Y 的浓度 D. 缩小体积或降低X 的浓度
O
1
2 2
时间
−−→2Y (g ) +Z (g ) (正反应放热)例:在一定条件下,可逆反应2X (g ) ←−,在t 1时达到平−
衡,然后在t 2时开始加热至一定温度后停止加热并保温,到t3时又建立平衡,下图中能表示这一变化情况的是( )
A . B . C. D .
−−→2C 中,A 的最大例:在其他条件一定时,反应2A +B ←−−
转化率与温度的关系曲线如图,下列叙述正确的有( ) A .X 或Y 两点相应的v(正) =v(逆) ,吸热反应
B .Z 、N 两点表示未达平衡状态,且都是v(正) > v(逆) C .W 点表示非平衡状态,v(正) > v(逆) D .相应反应速率大小的点:W>Y>N
−−→3R (g ) 例:某可逆反应L (s ) +G (g ) ←−(正反应为吸热反应),−
右图表示外界条件温度、压强的变化对上述反应的影响。试判
断图中Y 轴可以表示( ) A .平衡混合气中R 的质量分数 B .达到平衡时G 的转化率 C .平衡混合气中G 的质量分数 D .达到平衡时L 的转化率