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化学平衡移动
化学反应速率和化学平衡第二讲
化学平衡的移动
可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立过程叫化学平衡的移动。
一、浓度变化对化学平衡的影响
(1)浓度对化学平衡的影响的规律
在其他条件不变的情况下,增大反应物浓度或减小生成物浓度,都可以使平衡向着移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,都可以使平衡向着移动。
(2)用v-t图表示化学平衡的移动:
V′正
V正
vv
V正
V′逆
例:
V逆
V逆
tt
①旧的化学平衡②增大反应物的浓度
请用v-t图表示下列平衡的移动:
减少反应物的浓度;
增大生成物的浓度;
减少生成物的浓度:
例:
对于密闭容器中进行的反应
,达平衡时,其它条件不变,增大CO的浓度,下列说法不正确的是()
A、正反应速率增大B、平衡时向正反应方向移动
C、达新平衡时,逆反应速率比原平衡要大D、逆反应速率先减小
二、温度对化学平衡的影响
NO2球浸泡在冰水、热水中,观察颜色变化。
2NO2
N2O4;△H<0
(红棕色)(无色)
条件改变
气体颜色变
结果
升高温度
体系温度降低,但比原来的高
降低温度
体系温度升高,但比原来的低
升温的V-t图。
注:
在其它条件不变的情况下,温度升高,会使化学平衡向着的方向移动;温度降低,会使化学平衡向着的方向移动。
请用v-t图表示该反应降温时平衡的移动:
例1:
对于可逆反应:
2SO2+O2
2SO3(气)+Q(Q>0),升高温度产生的影响为()
A、v正增大,v逆减小B、v正减小,v逆增大
C、v正和v逆不同程度的增大D、v正和v逆同等程度的增大
例2:
将H2(g)和Br2(g)充入恒容密闭容器,恒温下发生反应H2(g)+Br2(g)
2HBr(g)△H<0,平衡时Br2(g)的转化率为a;若初始条件相同,绝热下进行上述反应,平衡时Br2(g)的转化率为b。
a与b的关系是()
A.a>bB.a=bC.a<bD.无法确定
三、压强对化学平衡的影响(有气体参加的可逆反应)
1、其他条件不变时,增大压强平衡向方向移动;减小压强,平衡向方向移动。
2、如反应前后气体体积没有变化的反应,改变压强不会使平衡移动。
根据压强对平衡的影响画出增大压强的V-t图(2SO2+O2
2SO3(g))
请用v-t图表示该反应减压时平衡的移动:
例1:
在一密闭容器中,反应aA(g)bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新平衡时,B的浓度是原来的60%,则
A.平衡向逆反应方向移动了B.物质B的质量分数增加了
C.物质A的转化率减小了D.a
例2:
可逆反应①X(g)+2Y(g)
2Z(g)、②2M(g)
N(g)+P(g)分别在密闭容器的两个反应室中进行,反应室之间有无摩擦、可滑动的密封隔板。
反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示:
下列判断正确的是
A.反应①的正反应是吸热反应
B.达平衡(I)时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为14:
15
C.达平衡(I)时,X的转化率为5/11
D.在平衡(I)和平衡(II)中M的体积分数相等
四、催化剂对平衡的影响
催化剂对正反应速率和逆反应速率却是同样倍数的提高和降低。
使用催化剂化学平衡的移动。
使用催化剂后的V-t图。
小结:
化学平衡只有在一定的条件下才能保持,当一个可逆反应达到化学平衡状态后,如果改变浓度、压强、温度等反应条件,达到平衡的反应混合物里各组分的浓度也会随着改变,由此引起化学平衡的移动。
例:
不能用化学平衡移动原理说明的事实是()
A.合成氨在高压下进行是有利的B.温度过高对合成氨不利
C.使用催化剂能使合成氨速率加快D.及时分离从合成塔中出来的混合气,有利于合成氨
勒夏特勒原理(化学平衡移动原理)
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
注:
(1)勒夏特列原理适用的范围:
已达平衡的体系(如溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡等)。
(2)勒夏特列原理适用的条件:
只限于改变影响平衡的一个条件。
(3)勒夏特列原理中“减弱这种改变”的解释:
外界条件改变使平衡发生移动的结果,是减弱对这种条件的改变,而不是抵消这种改变。
化学平衡移动的方向:
增谁减谁,减谁増谁;
结果:
增者必增,减者必减。
例:
下列事实不能用勒夏特利原理来解释的是()
A、光照新制的氯水时,溶液中的pH值逐渐减小B、加催化剂使N2和H2在一定条件下转化为NH3
C、增大压强,有利于SO2和O2反应生成SO3
D、在Fe3++3KSCN
Fe(SCN)3反应达平衡时,增加KSCN的浓度,体系颜色变深
化学反应速率、化学平衡、平衡移动三者之间的关系
以一般反应:
mA(气)+nB(气)=pC(气)+qD(气)+Q(KJ)通式为例来讨论浓度,温度,压强,催化剂等对三者的影响极其规律。
注:
用“=”表示相等“↑”表示升高或增加“↓”表示降低或减少“—”表示无关或不变
“V”表示体积“v”表示速率
反应特征
改变条件
v—t图象
改变条件瞬间
达到平衡前
平衡移动方向
达到新平衡
v正
v逆
v正与v逆的关系
A转化率
B转化率
Q>0
升高温度
降低温度
Q<0
升高温度
降低温度
m+n
加入惰性气体
V不变
V变大
V变小
增大压强
减小压强
m+n=p+q
加入惰性气体
V不变
V变大
V变小
增大压强
减小压强
m+n>p+q
加入惰性气体
V不变
V变大
V变小
增大压强
减小压强
化学平衡常数
一、化学平衡常数
1、定义:
在一定温度下,当一个可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度以系数为指数的幂的乘积与反应物浓度以系数为指数的幂的乘积的比值是一个常数。
这个常数就是该反应的化学平衡常数(简称平衡常数)
2、表达式:
对于一般的可逆反应,mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
当在一定温度下达到平衡时,K=
3、平衡常数的意义:
(1)平衡常数的大小反映了化学反应进行的。
K值越大,表示反应进行得,反应物转化率;
K值越小,表示反应进行得,反应物转化率。
(2)判断正在进行的可逆是否平衡及反应向何方向进行:
对于可逆反应:
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g),在一定的温度下的任意时刻,反应物的浓度和生成物的浓度有如下关系:
Qc=Cp(C)·Cq(D)/Cm(A)·Cn(B),叫该反应的浓度商。
Qc<K,反应向进行
Qc=K,反应处于平衡状态
Qc>K,反应向进行
(3)利用K可判断反应的热效应
若升高温度,K值增大,则正反应为反应(填“吸热”或“放热”)。
若升高温度,K值减小,则正反应为反应(填“吸热”或“放热”)。
二、使用平衡常数应注意的几个问题:
1、化学平衡常数只与有关,与反应物或生成物的浓度无关。
2、在平衡常数表达式中:
水(液态)的浓度、固体物质的浓度不写,如:
C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g),K=c(CO)·c(H2)/c(H2O)
3、化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关
例如:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)的平衡常数为K1,1/2N2(g)+3/2H2(g)
NH3(g)的平衡常数为K2。
K1和K2的关系式为:
K1=K22。
例1:
在一定温度下,反应1/2H2(g)+1/2X2(g)==HX(g)的平衡常数为10。
若将1.0mol的HX(g)通入体积为1.0L的密闭容器中,在该温度时HX(g)的最大分解率接近于( )
A.5%B.17%C.25%D.33%
例2:
高炉炼铁中发生的反应有:
FeO(s)+CO(g)==Fe(s)+CO2(g)△H<0
(1)该反应的平衡常数表达式K=____________
(2)已知1100℃时,K=0.263,温度升高,平衡常数K_______(增大,减少或不变)。
(3)1100℃时,测得高炉中c(CO2)=0.025mol/L,c(CO)=0.1mol/L,在这种情况下,该反应是否处于平衡状态______(填是或否),此时反应速率是v正_____v逆(填>,<,=)。
化学反应进行的方向
自发反应:
指在“一定条件”下,不需要外界的帮助就能自动发生的化学反应。
注:
能否自发与反应吸热放热无关。
科学家根据体系存在着力图使自身能量趋于“最低”和由“有序”变为“无序”的自然现象,提出了互相关联的能量判据和熵判据,为最终解决反应自发性问题提供了必要的依据。
熵:
1、概念:
描述体系混乱度的物理量
2、符号:
S
3、单位:
J•mol-1•K-1
4、熵判据:
在与外界隔离的体系中,自发过程将导致体系的熵增大,这个原理也叫做熵增原理。
在用来判断过程的方向时,就称为熵判据。
5、同一物质的熵与其聚集状态有关:
S(g)>S(l)>S(s)
6、熵变(∆S):
∆S==反应物总熵—生成物总熵
7、反应进行方向的判断方法:
∆H—T∆S<0反应能自发进行
∆H—T∆S=0反应达到平衡状态
∆H—T∆S>0反应不能自发进行
注:
在温度、压强一定的条件下,焓因素和熵因素共同决定一个化学反应的方向。
放热反应的焓变小于零,熵增加反应的熵变大于零,都对∆H—T∆S<0有所贡献,因此放热和熵增加有利于反应自发进行。
例1:
下列说法正确的是()
A.放热反应不一定是自发进行的反应
B.吸热反应一定是非自发进行的
C.自发进行的反应一定容易发生
D.反应速率快的一定是自发进行的
例2:
某化学反应其△H==—122kJ·mol-1,∆S==231J·mol-1·K-1,则此反应在下列哪种情况下可自发进行()
A.在任何温度下都能自发进行B.在任何温度下都不能自发进行
C.仅在高温下自发进行D.仅在低温下自发进行
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1、对于可逆反应:
2SO2+O2
2SO3(气)+Q(Q>0),升高温度产生的影响为()
A、v正增大,v逆减小B、v正减小,v逆增大
C、v正和v逆不同程度的增大D、v正和v逆同等程度的增大
2、在密闭定容容器中,有可逆反应:
nA(g)+mB(g)
pC(g)+qD(g)ΔH>0处于平衡状态(已知m+n>p+q),下列说法正确的是()
①升温时C(B)/C(C)的值减小②降温时,体系内混合气体的平均相对分子质量增大③加入B后,A的转化率变大
A.①②③ B.②③ C.①② D.①③
3、体积相同的甲、乙两个容器中,分别充有等物质的量的SO2和O2,在相同温度下发生反应:
2SO2+O2
2SO3并达到平衡。
在这过程中,甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率为()
A.等于p%B.大于p%C.小于p%D.无法判断
4、如图所示,反应X(g)+3Y(g)
2Z(g)(正反应为放热反应),在不同温度、不同压强(p1>p2)下,达到平衡时,混合气体中Z的体积分数
(Z)随温度变化的曲线应为()
5、可逆反应A(g)+B
C(g)+D达到平衡时,下列说法不正确的是
A.若增大A的浓度,平衡体系颜色加深,D不一定是有颜色的气体
B.增大压强,平衡不移动,说明B、D必定是气体
C.升高温度,C的百分含量减少,说明正反应是放热反应
D.若B是气体,增大A的浓度会使B的转化率增大
6、在一密闭容器中,aA(g)
bB(g)达到平衡后,保持温度不变,将容器体积增大一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则()
A.平衡向逆反应方向移动了B.物质A的转化率减小了
C.物质B的质量分数增大了D.a>b
7、一定温度下,在2L的密闭容器中,X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如下图所示:
下列描述正确的是()
A.反应开始到10s,用Z表示的平均反应速率
为0.158mol/(L•s)
B.反应开始到10s,X的物质的量浓度减少了0.79mol/L
C.反应开始到10s时,Y的转化率为79.0%
D.反应的化学方程式为:
X(g)+Y(g)
Z(g)
8、某温度下,H2(g)+CO2(g)
H2O(g)+CO(g)的平衡常数K=
。
该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如右表所示。
起始浓度
甲
乙
丙
c(H2)/mol/L
0.010
0.020
0.020
c(CO2)/mol/L
0.010
0.010
0.020
下列判断不正确的是
A.平衡时,乙中CO2的转化率大于60%B.平衡时,甲中和丙中H2的转化率均是60%
C.平衡时,丙中c(CO2)是甲中的2倍,是0.012mol/L
D.反应开始时,丙中的反应速率最快,甲中的反应速率最慢
9、700℃时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的CO和H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2+H2(g)
反应过程中测定的部分数据见下表(表中t1>t2):
反应时间/min
n(CO)/mol
H2O/mol
0
1.20
0.60
t1
0.80
t2
0.20
下列说法正确的是
A.反应在t1min内的平均速率为v(H2)=0.40/t1mol·L-1·min-1
B.保持其他条件不变,起始时向容器中充入0.60molCO和1.20molH2O,到达平衡时,n(CO2)=0.40mol。
C.保持其他条件不变,向平衡体系中再通入0.20molH2O,与原平衡相比,达到新平衡时CO转化率增大,H2O的体积分数增大
D.温度升至800℃,上述反应平衡常数为0.64,则正反应为吸热反应
10、在25℃、1.01×105Pa条件下,反应2N2O5(g)==4NO2(g)+O2(g)∆H==+56.7kJ·mol-1能够自发进行。
从能量上分析,生成物的总能量比反应物的总能量,从反应前后的熵值看,反应后的熵值(填“增加”、“减小”或“不变”)。
11、对于mA(气)+nB(气)
pC(气)+qD(气)的平衡体系,当升高温度时,体系对氢气的相对密度从16.5变成16.9,则下列说法正确的是()
A.m+n>p+q正反应是放热反应B.m+n>p+q正反应是吸热反应
C.m+n
12、对处于化学平衡的体系,以化学平衡与化学反应速率的关系可知:
A、化学反应速率变化时,化学平衡一定发生移动。
B、化学平衡发生移动时、化学反应速率一定变化。
C、正反应进行的程度大、正反应速率一定大。
D、只有催化剂存在下,才会发生化学反应速率变化,而化学平衡不移动的情况。
13、反应A(g)+xB(g)yC(g),将A与B按体积比1:
x混合反应当A的转化率是50%时,反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的
(同温同压),则x、y的值可能是
A、3,4B、3,2C、3,3D、1,1
14、某温度下,反应H2(g)+I2(g)2HI(g)+Q,在一带有活塞的密闭容器中达到平衡,
下列说法不正确的是
A、恒温压缩体积,平衡不移动,颜色加深
B、恒压迅速充入HI,开始时正反应速率减小
C、恒容,升温正反应速率减小
D、恒容,充入H2,I2的百分比含量降低
15、在一定体积的密闭容器中,进行如下反应:
CO2(g)+H2(g)
CO(g)+H2O(g),其化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:
t℃
700
800
830
1000
1200
K
0.6
0.9
1.0
1.7
2.6
回答下列问题:
⑴该反应化学平衡常数的表达式:
K=;
⑵该反应为(填“吸热”或“放热”)反应;
⑶下列说法中能说明该反应达平衡状态的是
A、容器中压强不变B、混合气体中c(CO)不变
C、混合气体的密度不变D、c(CO)=c(CO2)
E、化学平衡常数K不变F、单位时间内生成CO的分子数与生成H2O的分子数相等
⑷某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:
c(CO2)×c(H2)=c(CO)×c(H2O),试判此时的温度为。
16、反应aA(g)+bB(g)
cC(g)(ΔH<0)在等容条件下进行。
改变其他反应条件,在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段体系中各物质浓度随时间变化的曲线如下图所示:
回答问题:
(1)反应的化学方程式中,a:
b:
c为_____________;
(2)A的平均反应速率vI(A)、vⅡ(A)、vⅢ(A)从大到小排列次序为_________;
(3)B的平衡转化率αI(B)、αⅡ(B)、αⅢ(B)中最小的是_____,其值是__________;
(4)由第一次平衡到第二次平衡,平衡移动的方向是______________,采取的措施是____;
(5)比较第Ⅱ阶段反应温度(T2)和第Ⅲ阶段反应温度(T3)的高低:
T2T3(填“>”“<”“=”),判断的理由是_________________________________________;
(6)达到第三次平衡后,将容器的体积扩大一倍,假定10min后达到新的平衡,请在下图中用曲线表示第IV阶段体系中各物质的浓度随时间变化的趋势(曲线上必须标出A、B、C)。
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