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化学平衡的移动
第三单元 化学平衡的移动
[考纲展示]
1.理解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对化学平衡的影响,认识并能用相关理论解释其一般规律。
2.了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
考点一 化学平衡的移动[学生用书P129]
一、化学平衡移动的原因与方向
1.原因
反应条件改变引起v正≠v逆。
2.方向
(1)v正>v逆时,平衡向正反应方向移动;
(2)v正<v逆时,平衡向逆反应方向移动。
二、化学平衡移动的过程
三、影响化学平衡移动的外界因素
1.影响化学平衡移动的因素
若其他条件不变,改变下列条件对化学平衡的影响如下:
条件的改变(其他条件不变)
化学平衡的移动
浓度
增大反应物浓度或减小生成物浓度
向正反应方向移动
减小反应物浓度或增大生成物浓度
向逆反应方向移动
压强(对有
气体参加
的反应)
反应前后气
体分子数改
变
增大
压强
向气体体积减小的方向移动
减小
压强
向气体体积增大的方向移动
反应前后气
体分子数
不变
改变
压强
平衡不移动
温度
升高温度
向吸热反应方向移动
降低温度
向放热反应方向移动
催化剂
使用催化剂
平衡不移动
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。
名师点拨
(1)一定条件下可逆反应达到了平衡状态,若改变化学反应速率,平衡不一定发生移动,如加入催化剂同等倍数地改变了正、逆反应速率,但平衡不移动。
(2)若平衡发生移动,化学反应速率一定改变。
(3)使用催化剂,对于反应前后气体分子数目不变的反应改变压强,增大固体物质的量,化学平衡都不会发生移动。
(2014·高考安徽卷)臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)
N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )
A
B
升高温度,平衡常数减小
0~3s内,反应速率为v(NO2)=0.2mol·L-1
C
D
t1时仅加入催化剂,平衡正向移动
达平衡时,仅改变x,则x为c(O2)
[解析] 从能量变化的图像分析,该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小,A正确。
B.依据化学反应速率的计算公式:
v(NO2)=
=0.2mol·L-1·s-1,单位不对,B错误。
C.催化剂会同等程度地改变正、逆反应速率,所以加入催化剂,平衡不移动,C错误。
D.增大c(O2),平衡逆向移动,NO2的转化率降低,D错误。
[答案] A
题组一 化学平衡移动的方向
1.下列可逆反应达到平衡后,增大压强同时升高温度,平衡一定向右移动的是( )
A.2AB(g)
A2(g)+B2(g) ΔH>0
B.A2(g)+3B2(g)
2AB3(g) ΔH<0
C.A(s)+B(g)
C(g)+D(g) ΔH>0
D.2A(g)+B(g)
3C(g)+D(s) ΔH<0
解析:
选A。
A项,加压平衡不移动,升温平衡向右移动,正确;B项,加压平衡向右移动,升温平衡向左移动,最终结果不确定;C项,加压平衡向左移动,升温平衡向右移动,最终结果也不确定;D项,加压平衡不移动,升温平衡向左移动,最终平衡向左移动。
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产生影响的图像是________(填序号,下同),平衡________移动。
(2)升高温度对反应速率产生影响的图像是________,平衡向________方向移动。
(3)增大反应容器体积对反应速率产生影响的图像是________,平衡向________方向移动。
(4)增大O2的浓度对反应速率产生影响的图像是__________,平衡向________方向移动。
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”,图像上正反应速率曲线出现“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,平衡向正反应方向移动,图像为B。 答案: (1)C 不 (2)A 逆反应 (3)D 逆反应 (4)B 正反应 题组二 化学平衡移动的结果 3.一定量的混合气体在密闭容器中发生反应: mA(g)+nB(g) pC(g),达到平衡时,维持温度不变,将气体体积缩小到原来的1/2,当达到新的平衡时,气体C的浓度变为原平衡时的1.9倍,则下列说法正确的是( ) A.m+n>p B.m+n<p C.平衡向正反应方向移动D.C的质量分数增加 解析: 选B。 当气体体积缩小到原来的1/2,假设平衡未发生移动(虚拟出一种中间状态),则C的浓度为原平衡时的2倍,而事实上平衡发生了移动,平衡移动的结果是C的浓度变为原平衡时的1.9倍,则可认为由虚拟中间状态向逆反应方向发生了移动。 4.将NO2装入带有活塞的密闭容器中,当反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡后,改变下列一个条件,下列叙述正确的是( ) A.升高温度,气体颜色加深,则此反应为吸热反应 B.慢慢压缩气体体积,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅 C.慢慢压缩气体体积,若体积减小一半,压强增大,但小于原来的两倍 D.恒温恒容时,充入稀有气体,压强增大,平衡向正反应方向移动,混合气体的颜色变浅 解析: 选C。 升高温度,气体颜色加深,则平衡向逆反应方向移动,故正反应为放热反应,A错误;首先假设平衡不移动,增大压强,气体颜色加深,但平衡向正反应方向移动,使混合气体的颜色在加深后的基础上变浅,但一定比原平衡的颜色深,B错误;同理C项,首先假设平衡不移动,若体积减小一半,则压强变为原来的两倍,但平衡向正反应方向移动,使压强在原平衡两倍的基础上减小,但比原平衡时 大,正确;体积不变,反应物及生成物浓度不变,正、逆反应速率均不变,平衡不移动,颜色不变化,D错误。 [反思归纳] (1)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。 (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“消灭”外界条件的改变,改变是不可逆转的。 达到新平衡时此物理量更靠近于改变的方向。 例如: ①对于反应A(g)+B(g) C(g),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℃ 2NH3(g)加压,如从30MPa加压到60MPa,化学平衡向气体分子数减小的方向移动,达到新的平衡时30MPa (4)我们在分析化学平衡移动后颜色、压强、浓度等的变化时,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。 考点二 化学平衡的图像[学生用书P131] 一、已知不同温度或压强下,反应物的转化率αA与时间的关系曲线,推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。 “先拐先平,数值大”原则: 分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡时所需时间的长短可推知反应所需的条件。 如上图中,图甲中T2>T1,温度升高,A的转化率降低,平衡将向逆反应方向移动,则正反应为放热反应;图乙中p1>p2,增大压强,A的转化率升高,平衡将向正反应方向移动,则正反应为气体体积缩小的反应;图丙中,若b曲线是不使用催化剂时的反应情况,则a曲线表示的是使用适宜催化剂时的反应情况。 二、已知不同温度下的转化率压强图像或不同压强下的转化率温度图像,推断可逆反应的热效应或气体物质间的化学计量数的关系。 “定一议二”原则: 等温条件下研究压强对平衡的影响或等压条件下研究温度对平衡的影响。 如上图,图甲中,温度升高,A的转化率提高,表明平衡将向正反应方向移动,则正反应为吸热反应;压强增大,A的转化率也提高,表明平衡将向正反应方向移动,则正反应为气体体积缩小的反应。 同理可分析图乙。 名师点拨 (1)“先拐先平”: 在含量时间曲线中,先出现拐点的则先达到平衡,说明该曲线表示的温度较高或压强较大。 (2)“定一议二”: 在含量T或p曲线中,图像中有三个变量,先确定一个量不变,再讨论另外两个量的关系(因平衡移动原理只适用于“单因素”的改变)。 即确定横坐标所表示的量后讨论纵坐标与曲线的关系,或确定纵坐标所表示的量后讨论横坐标与曲线的关系。 已知: 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-1025kJ/mol,该反应是一个可逆反应。 若反应物的起始物质的量相同,下列关于该反应的示意图不正确的是( ) [解析] 正反应为放热反应,升高温度,反应速率增大,平衡左移,NO含量降低,A项正确,C项错误;正反应是体积增大的反应,增大压强,平衡左移,NO含量降低,B项正确;加入催化剂可加快反应速率,缩短到达平衡的时间,D项正确。 [答案] C 题组 化学平衡图像分析 1.下列各图是温度(或压强)对2A(s)+2B(g) 2C(g)+D(g) ΔH>0的正、逆反应速率的影响,曲线交点表示建立平衡时的温度或压强,其中正确的是( ) 解析: 选A。 曲线交点表示建立平衡时的温度或压强,升高温度,增大压强,v(正)、v(逆)均增大,B中v(逆)和D中v(正)、v(逆)走向均减小,则B、D均错;可逆反应2A(s)+2B(g) 2C(g)+D(g) ΔH>0的正反应是一个气体体积增大的吸热反应,则升高温度,向正反应方向移动,故v(正)>v(逆),A项正确;增大压强,平衡向逆反应方向移动,故v(逆)>v(正),C项错误。 2.对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,下列研究目的和示意图相符的是( ) 研究目的 示意图 A 压强对反应的影响(p2>p1) B 温度对反应的影响 C 平衡体系增加N2的浓度对反应的影响 D 催化剂对反应的影响 解析: 选C。 (1)根据到达平衡时间长短判断反应速率大小。 (2)根据转化率大小以及正、逆反应速率关系判断平衡移动方向。 3.下列四个图像所反映的内容与相应反应符合的是(a、b、c、d均大于0)( ) A.4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) ΔH=-akJ·mol-1 B.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-bkJ·mol–1 C.2SO
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