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实质:
正反应速率=逆反应速率
标志:
反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态
(三)、化学平衡状态的特征和判断方法
1.化学平衡状态的特征
化学平衡状态的特征可以概括为:
逆、等、动、定、变。
(1)“逆”——研究对象是可逆反应。
(2)“等”——化学平衡状态建立的条件是正反应速率和逆反应速率相等,即v正=v逆,这是可逆反应达到平衡状态的重要标志。
(3)“动”——指化学反应已达到化学平衡状态时,反应并没有停止,实际上正反应与逆反应始终在进行,只是正反应速率等于逆反应速率,即v正=v逆≠0,所以化学平衡状态是动态平衡状态。
(4)“定”——在一定条件下可逆反应一旦达到平衡(可逆反应进行到最大的程度)状态时,在平衡体系的混合物中,各组成成分的含量(即反应物与生成物的物质的量、物质的量浓度、质量分数、体积分数等)保持一定而不变(即不随时间的改变而改变)。
(5)“变”——任何化学平衡状态均是暂时的、相对的、有条件的(与浓度、压强、温度等有关),而与达到平衡的过程无关(化学平衡状态既可从正反应方向开始达到平衡,也可以从逆反应方向开始达到平衡)。
当外界条件变化时,原来的化学平衡也会发生相应的变化。
建立新的平衡。
2.化学平衡状态的判断方法
(1)直接判定:
v正=v逆(实质)
①同一物质:
该物质的生成速率等于它的消耗速率。
②不同的物质:
速率之比等于方程式中的系数比,但必须是不同方向的速率。
(2)间接判定:
①各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度保持不变。
②各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数保持不变。
③若反应前后的物质都是气体,且系数不等,总物质的量、总压强(恒温、恒容)、平均摩尔质量、混合气体的密度(恒温、恒压)保持不变。
④反应物的转化率、产物的产率保持不变。
总之,能变的量保持不变说明已达平衡。
(如下表所示)
例举反应
mA(g)+nB(g)
pC(g)+qD(g)
是否平衡状态
混合物体
系中各成
分的量
①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定
是
②各物质的质量或各物质的质量分数一定
③各气体的体积或体积分数一定
④总体积、总压强、总物质的量、总浓度一定
不一定
正反应速
率与逆反
应速率的
关系
①在单位时间内消耗了mmolA,同时生成mmolA,即v正=v逆
②在单位时间内消耗了nmolB,同时消耗了pmolC,则v正=v逆
③vA∶vB∶vC∶vD=m∶n∶p∶q,v正不一定等于v逆
④在单位时间内生成nmolB,同时消耗qmolD,均指v逆,v正
不一定等于v逆
压强
①若m+n≠p+q,总压强一定(其他条件不变)
②若m+n=p+q,总压强一定(其他条件不变)
平均相对
分子质量
①
r一定,只有当m+n≠p+q时
②
r一定,但m+n=p+q时
温度
任何化学反应都伴随着能量变化,在其他条件不变的情况下,
体系温度一定时
体系的密度
密度一定
特别提醒:
①化学平衡的实质是v(正)=v(逆)≠0时,表现为平衡体系中各组分的物质的量或物质的量分数不再变化,因此v(正)=v(逆)>0是化学平衡判断的充要条件。
②运用v(正)=v(逆)≠0时,注意方向和数量关系。
③学会“变”与“不变”判断。
“变”就是到达平衡过程中量“变”,而到达平衡后“不变”。
否则,不一定平衡。
判断可逆反应是否达到平衡状态
【例1】在一定温度下,可逆反应
达到平衡的标志是 ()
A. C的生成速率与C分解的速率相等
B. 单位时间内生成nmolA,同时生成3nmolB
C. A、B、C的浓度不再变化
D. A、B、C的分子数比为1:
3:
2
答案:
AC
【例2】下列说法中可以充分说明反应:
在恒温下已达平衡状态的是
A. 反应容器内压强不随时间变化B. P和S的生成速率相等
C. 反应容器内P、Q、R、S四者共存D. 反应容器内总物质的量不随时间而变化
B
【例3】下列说法可以证明反应
已达平衡状态的是()
A.1个N≡N键断裂的同时,有3个H-H键形成
B.1个N≡N键断裂的同时,有3个H-H键断裂
C.1个N≡N键断裂的同时,有6个N-H键断裂
D.1个N≡N键断裂的同时,有6个N-H键形成
答案:
【例4】在一定温度下的恒容容器中,当下列物理量不再发生变化时,表明反应:
2A(g)+3B(g)
2C(g)+D(g)已达平衡状态的是()
A.混合气体的压强B.混合气体的密度
C.B的物质的量浓度D.气体的总物质的量
C
【例5】在2NO2
N2O4的可逆反应中,下列状态属于平衡状态的是()。
(A)υ正=υ逆≠0时的状态(B)NO2全部转变成N2O4的状态
(C)c(NO2)=c(N2O4)的状态(D)体系的颜色不再发生变化的状态
三、化学平衡的移动及方向判定
1、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
2、化学平衡移动的原因
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
3、化学平衡移动方向的判定
⑴υ(正)>υ(逆):
化学平衡向正反应方向(右)移动
⑵υ(正)<υ(逆):
化学平衡向逆反应方向(左)移动
⑶υ(正)=υ(逆):
化学平衡不移动
【小结】
五、影响化学平衡移动的因素
1、浓度对化学平衡移动的影响
①增大反应物浓度
②减少生成物浓度
③增大生成物浓度
④减少反应物浓度
总结:
【注意】
(1)增大固体或纯液体的量,由于浓度不变,平衡不移动
⑵速率-时间图
①改变反应物的浓度,只能使正反应的速率瞬间增大或减小;
改变生成物的浓度,只能使逆反应的速率瞬间增大或减小
②只要υ(正)在上面,υ(逆)在下面,即υ(正)>υ(逆),化学平衡一定向正反应方向移动,反之亦然
③只要增大浓度,不论增大的是反应物还是生成物的浓度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态;
减少浓度,新平衡条件下的反应速率一定小于原平衡状态
2、温度对化学平衡移动的影响
对于反应:
aA(g)+bB(g)
cC(g)△H=akJ/mol
⑴在其他条件不变时:
3、压强对化学平衡移动的影响
cC(g)
①a+b>c改变压强的速率-时间图像
②a+b=c改变压强的速率-时间图像
⑴在其它条件不变时:
⑵在其他体积不变时:
若反应前后气体体积不变,则平衡不移动
【注意】充入“无关气体”对平衡的影响
①恒容时
充入“无关气体”→引起总压增大,但各反应物的浓度不变→平衡不移动
②恒压时
充入“无关气体”→引起总体积增大→使各反应物浓度减小→各气体的分压减小→平衡向气体体积增大的方向移动
五、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
2、要点:
六、催化剂对化学平衡移动的影响
【讲解】由于催化剂能同等程度地改变正、逆反应的速率,化学平衡不移动
【例1】氨的合成反应,N2+3H2
2NH3+Q在合成氨的生产中采用的适宜条件是()
A.低温、高压、适当的催化剂
B.高温、常压
C.尽可能高温、高压
D.适当的温度、适当的高压,适宜催化剂
【答案】D。
【例2】一定温度下,在密闭容器中进行反应2SO2+O2
2SO3,平衡时充入O2气,问SO2、O2、SO3的浓度以及正、逆反应速率怎样变化?
平衡怎样移动?
若充入He气呢?
【例3】可逆反应:
2HI(g)
H2(g)+I2(g);
ΔH>
0。
在密闭容器中进行,当达到平衡时欲使混合气体的颜色加深,应采取的措施()
A.减小容器体积B.降低温度C.加入催化剂D.充入HI气体
【答案】A、D。
【例4】某温度下,密闭容器中发生反应aX(g)
bY(g)+cZ(g),达到平衡后,保持温度不变,将容器的容积压缩到原来容积的一半,当达到新平衡时,物质Y和Z的浓度均是原来的1.8倍。
则下列叙述正确的是
A.可逆反应的化学计量数:
a>b+cB.压缩容器的容积时,υ正增大,υ逆减小
C.达到新平衡时,物质X的转化率减小D.达到新平衡时,混合物中Z的质量分数增大
【例5】一定温度下,反应2SO2+O2
2SO3,达到平衡时,n(SO2)∶n(O2)∶n(SO3)=2∶3∶4。
缩小体积,反应再次达到平衡时,n(O2)=0.8mol,n(SO3)=1.4mol,此时SO2的物质的量应是
A.0.4molB.0.6molC.0.8molD.1.2mol
【例6】在一密闭容器中充入2molA和lmolB发生反应:
2A(g)+B(g)
xC(g),达到平衡后,C的体积分数为W%,若维持容器的容积和温度不变,按起始物质的量A0.6mol、B0.3mol、C1.4mol充入容器达到平衡后,C的体积分数仍为W%。
则下列叙述中正确的是
A.平衡时A、B的物质的量之比一定为2:
1B.x的值可能是2,也可能是3
C.平衡时A的物质的量与原平衡一定相等D.C的体积分数不可能为W%
【例7】一定条件下,某容积不变的密闭容器内存在下列平衡:
2HI
H2+I2(g);
则下列有关说法正确的是:
A.如仅仅改变浓度这一条件,使得体系颜色加深,则上述平衡在条件改变之后的移动方向无法判断:
即可以正移或逆移,还可以不移动
B.如改变体系温度,体系颜色一定发生变化
C.继续充入HI气体,则HI的转化率将减小
D.温度不变时,当体系颜色变浅,则正反应速率和逆反应速率都将减小
【例8】在其他条件一定时,反应2A+B
2C中,A的最大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)>
D.相应反应速率大小的点:
W>
Y>
N
【例9】某温度下,在一容积可变的容器中,反应2A(g)+B(g)
2C(达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。
保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的
物质的量做如下调整,可使平衡右移的是
A.均减半B.均加倍C.均增加1molD.均减少1mol
【例10】在容积可变的密闭容器中存在如下反应:
CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g)△H<
下列分析中不正确的是
A、图Ⅰ研究中的是t0时升高温度对反应速率的影响
B、图Ⅱ研究的是t0时增大压强(缩小体积)或使用催化剂对反应速率的影响
C、图Ⅲ研究的是催化剂对化学平衡的影响,且甲使用了催化剂
D、图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响,且乙的温度较高
【例11】在一个1L的的密闭容器中,加入2molA和1molB,发生下述反应:
2A(g)+B(g)=3C(g)+D(s),达到平衡时,C的浓度为1.2mol/L。
(1)维持容器的温度不变,若缩小容器的体积,则平衡_______移动。
(填正向、逆向或不)
(2)维持容器的体积和温度不变,按下列四种配比作为起始物质,达到平衡时,C的浓度仍为1.2mol/L的是_______。
A4molA+2molB B 3molC+1molD
C2molA+1molB+1molDD1molA+0.5molB+1.5molC+0.2molD
(3)若维持容器的体积和温度不变,反应从逆反应开始(反应物只有C和D),按不同的配比作为起始物质,达到平衡时,C的浓度仍为1.2mol/L,则D的起始物质的量应满足的条件是___________。
参考答案:
1.C3.A4.AB5.AD6.B7.C10.C
11.
(1)不移动
(2)B、C、D(3)>
0.6mol
练习
1.在一密闭容器中进行反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)。
已知反应过程中某一时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为:
0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L。
当反应达平衡时,可能存在的数据是( )
A.SO2为0.4mol/L,O2为0.2mol/LB.SO2为0.25mol/L
C.SO2、SO3均为0.15mol/LD.SO3为0.4mol/L
2.在容积不变的密闭容器中进行如下反应:
H2O(g)+C(s)
H2(g)+CO(g) ΔH>0,达到平衡后,改变下列反应条件,相关叙述正确的是( )
A.加入H2O(g),平衡向正反应方向移动,体系压强减小
B.加入少量C,正反应速率增大
C.降低温度,平衡向正反应方向移动
D.加入CO,混合气体的密度增大
3.一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入2molSO2和1molO2,发生下列反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)达到平衡后改变下述条件,SO3气体平衡浓度不改变的是
A.保持温度和容器体积不变,充入1molSO3(g)
B.保持温度和容器内压强不变,充入1molSO3(g)
C.保持温度和容器内压强不变,充入1molO2(g)
D.保持温度和容器内压强不变,充入1molAr(g)
4.下列反应达到化学平衡后,加压或降温都能使化学平衡向逆反应方向移动的是( )
A.2NO2(g)
N2O4(g) ΔH<0B.C(s)+CO2(g)
2CO(g) ΔH>0
C.N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0D.H2S(g)
H2(g)+S(s) ΔH>0
5.对于密闭容器中的可逆反应:
mX(g)+nY(s)
pZ(g) ΔH<0,达化学平衡后,改变条件,下列表述不正确的是( )
A.增大压强,化学平衡不一定发生移动
B.通入氦气,化学平衡不一定发生移动
C.增加X或Y的物质的量,化学平衡一定发生移动
D.其它条件不变,升高温度,化学平衡一定发生移动
6.下图是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图。
下列叙述与示意图不相符合的是( )
A.反应达平衡时,正反应速率和逆反应速率相等
B.该反应达到平衡态Ⅰ后,增大反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡态Ⅱ
C.该反应达到平衡态Ⅰ后,减小反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡态Ⅱ
D.同一种反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等
7.已知反应A2(g)+2B2(g)
2AB2(g)的△H<0下列说法正确的是
A.升高温度,正向反应速率增加,逆向反应速率减小
B.升高温度有利于反应速率增加,从而缩短达到平衡的时间
C.达到平衡后,升高温度或增大压强都有利于该反应平衡正向移动
D.达到平衡后,降低温度或减小压强都有利于该反应平衡正向移动
8.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) ΔH<
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
9、已知反应mX(g)+nY(g)
qZ(g)的△H<0,m+n>q,在恒容密闭容器中反应达到平衡时,下列说法正确的是
A.通入稀有气体使压强增大,平衡将正向移动
B.X的正反应速率是Y的逆反应速率的m/n倍
C.降低温度,混合气体的平均相对分子质量变小
D.增加X的物质的量,Y的转化率降低
10、某温度下,体积一定的密闭容器中进行如下可逆反应:
X(g)+Y(g)
Z(g)+W(s);
△H>0下列叙述正确的是
A.加入少量W,逆反应速率增大B.当容器中气体压强不变时,反应达到平衡
C.升高温度,平衡逆向移动D.平衡后加入X,上述反应的△H增大
11.在密闭容器中,进行下列反应2A(g)+B(g)+C(s)
D(g)+E(g)(正反应为吸热反应)达到平衡后,下列说法中正确的是()
A.若恒温定容情况下,充入一些稀有气体压强增大,但平衡不移动
B.若恒温定压条件下,加入C,则B的转化率将增大
C.若定容升温,在新平衡体系中A的质量分数将减小
D.在温度、压强和容积都相同时,在另一密闭容器中加入2molA、1molB、1molC,
平衡时两个容器中D和E的浓度分别相等
12、某温度下,N2O4(气)
2NO2(气);
(正反应为吸热反应)。
在密闭容器中达到平衡,下列说法不正确的是()
A.加压时(体积变小),将使正反应速率增大,平衡向逆反应方向移动
B.体积不变,加入NO2,将使正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向逆反应方向移动
C.保持体积不变,加入少许N2O4,再达到平衡时,颜色变深
D.保持体积不变,升高温度,再达平衡时颜色变深
13、右图中关于N2+3H2
2NH3(放热)的平衡移动,影响该平衡移动的原因是()
A.升高温度,同时加压;
B.减小压强,同时降温;
C.增大反应物浓度,使用催化剂;
D.增大反应物浓度,同时减小生成物浓度。
1、对于反应2SO2+O2
2SO3,下列判断正确的是()
A、2体积SO2与足量O2反应,必定生成2体积SO3
B、其它条件不变,增大压强,平衡必定向右移动
C、平衡时,SO2消耗速率必定等于O2生成速率的两倍
D、平衡时,SO2浓度必定等于O2浓度的两倍
2、已建立平衡的某可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应移动时,下列叙述正确的是()
①生成物的体积分数一定增加;
②生成物的产量一定增加;
③反应物的转化率一定增加;
④反应物的浓度一定降低;
⑤正反应速率一定大于逆反应速率;
⑥使用了合适的催化剂
A.①②B.②⑤C.③⑤D.④⑥
3、对已达化学平衡的反应2X(g)+Y(g)
2Z(g),减小压强时,对反应产生的影响是()
A.逆反应速率增大正反应速率减小,平衡向逆反应方向移动
B.逆反应速率减小正反应速率增大,平衡向正反应方向移动
C.正、逆反应速率都减小,平衡向逆反应方向移动
D.正、逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动
4.往一真空密闭容器中通入一定量的气体A,在一定条件下,发生如下反应:
2A(g)B(g)+xC(g),反应达平衡时,测得容器内压强增大了p%,若此时A的转化率为a%,下列关系正确的是()
A.若x=1,则p>
aB.若x=2,则p<
aC.若x=3,则p=aD.若x=4,则p≥a
5.现有3个体积相同的密闭容器,都进行下列反应:
CO2+H2
H2O(气)+CO,反应所处的温度相同,但起始的物质的量不同,其中甲:
CO2=H2=amol,乙:
CO2=amol,H2=2amol。
丙:
CO2=H2=H2O(气)=amol。
达到平衡时,CO的物质的量由大到小的顺序是()
A.甲>
乙>
丙B.甲>
丙>
乙C.乙>
甲D.乙>
甲>
丙
6.有两个极易导热的密闭容器a和b(如图6-1所示),a容器体积恒定,b容器体积可变,压强不变。
在同温同压和等体积条件下,向a和b两容器中通入等物质的量的NO2,发生反应:
2NO2
N2O4+Q,则以下说法正确的是()
A.反应起始时两容器的反应速率va和vb的关系:
va<vb
B.反应过程中两容器内的反应速率va和vb的关系:
C.两容器内反应达到平衡所需用的时间一定相同
D.反应达到平衡,两容器的NO2的转化率相同
7.将颜色相近的NO2和Br2(g)分别装入注射器中,将活塞同时向外拉使气体体积扩大一倍,颜色变化不符合叙述的是()
A.Br2(g)颜色比NO2深B.NO2颜色比Br2(g)深C.两种颜色一样D.两种颜色均比原来浅
8.在一密闭容器中,反应mA(g)
nB(g)+nC(g)达平衡后,保持温度不变,将容器容积压缩到原来的一半,当达到新的平衡时,B和C的浓度均是原来的1.8倍,则()
A.平衡向逆反应方向移动了B.物质A的转化率增加了
C.物质C的质量分数增加了D.m<2n
9.某温度下,反应H2(g)+I2(g)
2HI(g);
△H>
0(正反应为吸热反应)。
在一带有活塞的密闭容器中达到平衡,下列说法中不正确的是()
A.恒温,压缩体积,平衡不移动,混合气体颜色加深
B.恒压,充入HI(g),开始时逆反应速率变大
C.恒容,升高温度,正反应速率减小
D.恒容,充入H2,I2(g)的体积分数降低
10、在甲容器中盛入2molSO3,乙容器中加入2molSO2和1molO2,假定反应前两容器的容积相等。
反应开始后甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,在相同条件(500℃,催化剂)下均达到平衡时,甲与乙容器内压强的关系是()
A.甲大于乙B.甲小于乙C.甲等于乙D.无法确定
11.化学反应C(s)+H2O(g)
CO(g)+H2(g)-Q达到平衡,下列叙述正确的是()
A.升高温度,正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向正反应方向移动
B.加入固体炭,平衡向正反应方向移动
C.加入水蒸气使容器内压强增大,平衡向逆反应方向移动
D.扩大容器的容积,平衡向正反应方向移动
12.可逆反应:
3A(气)
3B(?
)+C(?
)-Q,随着温度升高气体平均相对分子质量有变小趋势,则下列判断正确的是()
A.B和C可能都是固体B.B和C一定都是气体
C.若B为固体,则C一定是气体D.B和C可能都是气体
13.某固定体积的密闭容器
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