影響可逆反應化學平衡的條件

2021-05-29 11:15:11 字數 7102 閱讀 3044

1樓:匿名使用者

本章重要考點及題型:①平均反應速率的計算;②外因對化學反應速率及化學平衡的影響;③化學平衡狀態的標誌;④相同平衡狀態的建立;⑤化學平衡移**象的處理;⑥有關化學平衡的簡單計算。

一、平均反應速率的計算

同一化學反應在同一段時間內的平均反應速率用不同的物質表示時數值往往不同,但存在如下關係:各物質的平均反應速率之比 = 化學方程式中各物質的係數之比 = 各物質的變化濃度之比 = 各物質的變化的物質的量之比。

例⒈反應n2(g)+3h2(g)2nh3(g)在密閉容器中進行,分別用n2、h2、nh3三種物質在單位時間內濃度的變化表示該反應的速率v(n2)、v(h2)、v(nh3),則三者之間的關係正確的是(答案)

(a)v(n2)=v(nh3) (b)3v(h2)=2v(nh3) (c)v(nh3)=2v(h2)/3 (d)v(h2)=3v(n2)

例⒉ 反應2a(g)+b(g)3c(g)+4d(g)在不同條件下反應速率如下,其中最快的是(答案)

(a)v(a)=3mol/(l·min) (b)v(b)=0.3mol/(l·s)

(c)v(c)=4.8mol/(l·min) (d)v(d)=1mol/(l·s)

二、外因對化學反應速率及化學平衡的影響

對於同一反應,其它條件不變,只改變下列條件之一:

⒈濃度(滑鼠移至圖象顯示答案)

增大反應物濃度 減小反應物濃度 增大生成物濃度 減小生成物濃度

規律:⑴濃度對反應速率的影響(參閱速率-時間圖象)

⑵增大反應物濃度或減小生成物濃度,平衡向正反應方向移動;減小反應物濃度或增大生成物濃度,平衡向逆反應方向移動。

⑶改變固體或純液體的物質的量不影響反應速率,不會引起化學平衡的移動。

例⒊對於平衡體系fecl3+3kscnfe(scn)3+3kcl, 下列情況下平衡如何移動?

⑴加入fecl3固體,平衡 移動;答案

⑵加入nh4scn固體,平衡 移動;答案

⑶加入少量kcl固體,平衡 移動;答案

⑷加入少量agno3固體,平衡 移動;答案

⑸加水,平衡 移動;答案

⑹加入少量kscn溶液,平衡 移動。答案

例⒋ 一定條件下,在體積不變的密閉容器中加入2mola和1molb發生如下反應:2a(s)+b(g)c(g),達到平衡時c的濃度為wmol/l,在相同條件下,若按下列原料配比,用「>」、「=」、「<」填寫下表:

起始狀態

平衡時c的濃度ab

已知2mol

1mol

c(c) = wmol/l

①2mol

2mol

c(c) wmol/l

②3mol

1mol

c(c) wmol/l

③1mol

1mol

c(c) wmol/l

答案 (滑鼠移至圖象顯示答案)

升高溫度 降低溫度

規律:⑴升溫,正逆反應速率均增大;降溫,正逆反應速率均減小。其中吸熱反應方向速率(v吸)改變程度大。

⑵升溫,平衡向吸熱反應方向移動;降溫,平衡向放熱反應方向移動。

例⒌ 20℃時將0.1mol/lna2s2o3溶液10ml和0.1mol/l的硫酸溶液混合,2min後溶液中出現混濁,已知溫度每升高10℃,化學反應速率增大到原來的2倍,那麼50℃時,同樣的反應出現混濁需要的時間是(答案)

(a)40s (b)15s (c)48s (d)20s

⒊壓強:對於氣體反應,有:

(滑鼠移至圖象顯示答案)

增大壓強 減小壓強

規律:⑴增大壓強,正逆反應速率均增大;減小壓強,正逆反應速率均減小。其中氣體體積減小方向速率(v減)改變程度大。

⑵增大壓強,平衡向氣體體積減小方向移動;減小壓強,平衡向氣體體積增大方向移動。

【注意】⑴改變壓強的實質是改變參加反應氣體物質的濃度,故壓強與參加反應的固體或液體物質的反應速率無關。

⑵對於化學方程式中反應前後氣體的係數和相等的反應以及平衡混合物都是固體或液體的反應,改變壓強,平衡不移動。

【思考】在一定條件下的密閉容器中2hi(g)h2(g)+i2(g)達到平衡狀態,若增大壓強,正逆反應速率如何變化(用速率-時間圖象表示)?若反應為caco3(s)cao(s)+co2(g),情況又如何?

⑶在已達平衡狀態的氣體反應中加入稀有氣體或與反應無關的氣體:①等溫等容,壓強雖增大,但反應物濃度不變,故v正、v逆不變,平衡不移動;②等溫等壓,則容器體積增大,導致參加反應氣體物質濃度均同等程度減小,但v正、v逆不同程度減小,平衡向氣體體積增大方向移動。

【思考】一定條件下,在容積不變的密閉容器中,反應n2(g)+3h2(g)2nh3(g)達到平衡狀態,若把n2、h2及nh3的濃度同時增大一倍,平衡如何移動?(相當於增大壓強)

(滑鼠移至圖象顯示答案)

規律:催化劑同等程度地改變正逆反應速率,故平衡不移動。

【注意】⑴催化劑可成千上萬倍地改變反應速率,故85%以上化學反應都需催化劑

⑵催化劑在一定溫度範圍內才能充分發揮其催化作用,同時,工業生產中應防止催化劑中毒。

除濃度、溫度、催化劑等能改變化學反應速率外,如果改變有氣體參加反應的壓強,就是改變單位體積內氣體反應物的濃度,因此也會影響化學反應速率。此外,電磁波、超聲波、反應物顆粒大小、溶劑的性質等,也會對化學反應速率產生影響。

勒沙特列原理(平衡移動原理):如果改變影響平衡的一個條件(如濃度、壓強或溫度等),平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。

例⒍下列事實中不能應用勒沙特列原理來解釋的是(答案)

(a)往h2s水溶液中加鹼有利於s2-的增多 (b)加入催化劑有利於氨氧化反應

(c)高壓有利於合成氨反應 (d)500℃左右比室溫更有利於合成氨反應

三、化學平衡狀態的標誌

化學平衡狀態有兩大特徵:①正逆反應速率相等 ②平衡混合物中各組分的濃度保持不變,只要任具其一即可說明已達平衡狀態。因此,判斷一定條件下的可逆反應是否達到化學平衡狀態,關鍵是看是否具備上述基本特徵。

例⒎在一定溫度下的密閉容器中,下列可以說明反應a(g)+b(g)c(g)+d(g)已達平衡狀態的是(c為有色氣體)(答案)

①a和c的生成速率相等

②容器中a、b、c、d共存

③容器中a、b、c、d的物質的量濃度相等

④容器中a的物質的量濃度保持不變

⑤容器內壓強不隨時間變化

⑥a、b、c、d的分子數之比等於反應式係數之比

⑦混合氣體總的物質的量不隨時間變化

⑧混合氣體平均式量不隨時間變化

⑨混合氣體的密度不隨時間變化

⑩混合氣體的顏色不發生變化

例⒏ 若上題中反應為a(g)+3b(g)2c(g)+d(g),則應選(答案)

例⒐ 下列說法可以說明反應n2(g)+3h2(g)2nh3(g)已達平衡狀態的是(答案)

(a)一個n≡n斷裂的同時有三個h—h斷裂

(b)一個n≡n斷裂的同時有三個h—h形成

(c)一個n≡n斷裂的同時有六個n—h斷裂

(d)一個n≡n斷裂的同時有六個n—h形成

例⒑ 在一定溫度下的定容容器中,當下列物理量不再發生變化時,表明反應a(s)+2b(g)c(g)+d(g)已達平衡狀態的是(答案)

(a)混合氣體的壓強 (b)混合氣體密度 (c)b的物質的量濃度 (d)氣體總的物質的量

在平衡狀態標誌試題中值得注意的是平均式量與平衡體系的關係:①平衡混合物全為氣體的可逆反應且反應前後氣體的係數和相等時,不論平衡是否移動,平均式量不變;②平衡混合物全為氣體但反應前後氣體的係數和不等的可逆反應,平衡移動時,平均式量必改變。若氣體物質的量增加則平均式量減小,反之則增大;③反應中有固體,要根據具體情況(即氣體質量及物質的量變化)進行討論。

如:在一個密閉容器中加入c和h2o(g),發生反應:c(s)+h2o(g)co(g)+h2(g),達到平衡狀態後加壓使平衡向逆反應方向移動,氣體質量和物質的量均減少,但反應物中水蒸氣的式量為18,而生成相同物質的量的co和h2的平均式量為15,故平衡向逆反應方向移動後混合氣體的平均式量要增大。

四、相同平衡狀態的建立

根據化學平衡狀態的概念,相同平衡狀態是指在一定條件下,同一可逆反應無論反應是從正向開始還是從逆向開始(即不同的途徑),經一段時間達平衡後,反應體系中任一反應物和生成物的濃度均相同的多個化學平衡狀態之間的互稱。因此,相應物質的轉化率、各組分的百分含量也相同,而相應物質的物質的量等不一定相同。

⒈等溫等容時

⑴對反應前後氣體體積變化的可逆反應,可通過可逆反應的化學計量關係(即反應方程式的係數)把不同情況下各物質的物質的量都換算成反應物(或生成物)時,若相應的物質的量相等;或所有參加反應的物質中各元素的量守恆,則可達到相同的平衡狀態,例如:

n2(g) + 3h2(g)2nh3(g)

① 1mol 3mol 0

② 0 0 2mol

③ 0.5mol 1.5mol 1mol

④ 2mol 6mol 0

在等溫等容時,以上①②③組中三種原料的配比最終會達到相同平衡狀態。此時,各組分的濃度、體積分數、物質的量、轉化率及反應速率都完全相同;而④組則不能

【思考】①上面例子中按第④組原料的配比,最終達到平衡時nh3的產率與其它組相比有何不同?

②在體積不變的密閉容器中加入2moln2和3molh2,使其反應達到平衡後,nh3的濃度為w mol/l。若維持溫度不變,n2、h2、nh3三種物質如何配比,才能使其達到平衡時nh3的濃度為仍為w mol/l?

⑵對於反應前後氣體體積不變的可逆反應,由於給此類反應體系加壓使氣體體積縮小,或者按比例加大(或減小)各物質的物質的量,再次達到平衡時,各組分的濃度將同等程度地改變,反應速率也會發生相應的改變,但各組分的體積分數及反應物的轉化率保持不變(討論:各組分的物質的量如何改變?)。

因此,只要把不同情況下各物質的物質的量完全換算成反應物(或生成物)後,各反應物(或生成物)的物質的量之比一致,即可實現上述平衡狀態。例如:

h2(g) + i2(g)2hi(g)

① 2mol 1mol 0

② 4mol 2mol 0

③ 5mol 2mol 2mol

⒉等溫等壓時(容積可變),對於反應前後氣體體積無論不變還是變化的可逆反應,只要將不同情況下各物質的物質的量完全換算成反應物(或生成物)後,各反應物(或生成物)的物質的量之比一致,便可達到相同的平衡狀態。此時,各組分的濃度、體積分數、轉化率及反應速率都完全相同(但各組分的物質的量將同等程度改變)。

⒊在平衡體系中充入稀有氣體或與反應無關的氣體:

等溫等容時,引起平衡體系的壓強增大,但各物質的濃度不變,反應速率不變,平衡不移動。

等溫等壓時,引起平衡體系的體積增大,各物質的濃度同等程度減小,反應速率減小,平衡向氣體體積增大的方向移動。

例⒒在一個固定體積的密閉容器中,加入2molso2和1molo2,可發生如下反應:2so2(g)+o2(g)2so3(g),達平衡時so3的濃度為w mol/l,若維持溫度體積不變,按下列配比作為起始物質,達到平衡時,so3的濃度仍為w mol/l的是(答案)

(a)4molso2和2molo2 (b)1molso2、0.5 molo2和1molso3 (c)2molso3

(d)1molso3 (e)2.5molso3 (f)2molso2和2molo2

例⒓將上題改為體積可變的密閉容器,維持溫度壓強不變,則應選(答案)

例⒔在一固定體積的密閉容器中,加入2mola和1molb,發生反應如下反應:2a(g)+b(g)3c(g)+d(g),達平衡時c的濃度為w mol/l,若維持容器體積和溫度不變,按下列配比作為起始物質,c的濃度仍為w mol/l的是(答案)

(a)4mola+2molb (b)2mola+1molb+3molc+1mold

(c)3molc+1mold+1molb (d)3molc+1mold

例⒕若上題反應式中b為固體,則應選(答案)

五、化學平衡移**象的處理方法

方法有二:⑴定一議二:當圖象中同時有三個變數時,使其中之一不變,討論另外兩個變數間的關係;⑵先拐先平:

變化曲線若與時間軸平行,表示反應體系已達平衡狀態,先達到平衡(先出現拐點)的曲線所示的溫度或壓強較大。

例⒖可逆反應2so2(g)+o2(g)2so3(g),△h=-q(q>0),在溫度為t1、t2,壓強為p1、p2條件下測得so3的物質的量n (so3)與 時間t的關係如下圖所示,從圖中可知下列關係正確的是(答案)

例⒗對於反應2a(g)+b(g)2c(g) △h =-q(q>0),下列圖象正確的是(答案)

六、有關化學平衡的計算

⒈反應物的平衡量 = 起始量—轉化量(指物質的量或物質的量濃度)

生成物的平衡量 = 起始量 + 轉化量

應注意的是,上述三種量中只有轉化量之比等於反應方程式係數之比。

應注意的是:①可逆反應的平衡轉化率最大;②對於某一平衡體系,其它條件不變,只增大反應物甲的濃度,可提高反應物乙的轉化率,而甲的轉化率降低。

⒊由阿伏加德羅定律推論得出:等溫等壓:氣體體積之比等於其物質的量之比

等溫等容:氣體壓強之比等於其物質的量之比

例⒘ 一定條件下的可逆反應2so2(g)+o2(g)2so3(g)在體積不變的密閉容器中達到平衡後,改變條件,重新達平衡後,下列各種量如何變化?

改變條件(其它條件不變)

轉化率濃度

so2o2

so2o2

so3①只加入so2

②只加o2

③so2、o2、so3濃度同時增大一倍

答案 改變條件(其它條件不變)

轉化率濃度

so2o2

so2o2

so3①只加入so2

↓ ↑↑ ↓↑ ②只加o2

↑ ↓↓ ↑↑ ③so2、o2、so3濃度同時增大一倍

↑ ↑ ↑ ↑

↑ 注意:在原平衡中加入某物質,再次平衡後該物質濃度必增大。

參考

當已經達到化學平衡的可逆反應,改變壓強,溫度,或者使用催化劑,再次達到平衡時,各物質的濃度是否變化

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