知识讲解_化学平衡移动_提高

1 化学平衡的移动 【学习目标】 1、通过实验探究温度、浓度和压强对化学平衡的影响； 2、能利用相关理论解释外界条件对平衡移动的影响。 【要点梳理】 要点一、化学平衡移动 【高清课堂：反应之事合久必分分久必合-化学平衡移动】 1．定义。 化学平衡研究的对象是可逆反应，化学平衡是有条件的动态平衡，在一定条件下才能保持平衡状态，当影响 化学平衡的条件（浓度、压强、温度）改变时，原平衡就会被破坏，反应混合物里各组分的含量会随之改变，引 起 v 正≠v 逆，然后在新条件下重新建立平衡。这种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．原因。 化学平衡移动的原因是反应条件的改变，移动的结果是正、逆反应速率发生变化，平衡混合物中各组分的含 量发生相应的变化。 3．标志。 （1）从反应速率来看：如有 v 正=v 逆，到 v 正≠v 逆，再到 v 正＇=v 逆＇，有这样的过程表明化学平衡发生了 移动。 （2）从混合物组成来看：各组分的含量从保持一定到条件改变时含量发生变化，最后在新条件下各组分的 含量保持新的一定，同样表明化学平衡发生了移动。 4．方向。 平衡移动的方向由 v（正）、v（逆）的相对大小来决定： （1）若外界条件的改变引起 v（正）＞v（逆），则化学平衡将向正反应方向（或向右）移动。 （2）若外界条件的改变引起 v（正）＜v（逆），则化学平衡将向逆反应方向（或向左）移动。 （3）若外界条件的改变虽引起 v（正）和 v（逆）的变化，但 v（正）和 v（逆）仍保持相等，则称化学平 衡不发生移动（或没有被破坏）。 要点诠释：平衡移动过程可表示为： 一定条件下的化学平衡 平衡被破坏 新条件下的新化学平衡 v（正）=v（逆） v（正）≠v（逆） v＇（正）=v＇（逆） 各组分的含量保持不变→各组分的含量不断变化→各组分的含量又保持不变 要点二、外界条件对化学平衡的影响 【高清课堂：反应之事合久必分分久必合-化学平衡移动】 1．浓度对化学平衡的影响。 （1）规律：其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度都可以使化学平衡向着正反应 的方向移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使化学平衡向着逆反应的方向移动。 （2）解释：由浓度对化学反应速率的影响可知，增大反应物浓度使 v（正）增大，减小生成物浓度使 v（逆） 减小，这两种变化均导致 v（正）＞v（逆），因此平衡向正反应方向移动；同理，减小反应物浓度使 v（正）减 小，增大生成物浓度使 v（逆）增大，这两种变化均导致 v（正）＜v（逆），因此平衡向逆反应方向移动。 要点诠释：也可用平衡常数（Kc）和浓度商（Qc）的相对大小解释。 温度一定时，反应的平衡常数是一个定值。对于一个已达到化学平衡状态的反应，反应物浓度增大或生成物 浓度减小时，Qc＜Kc 平衡状态被破坏，此时，只有增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，平衡向消耗反应物 的方向移动，即平衡右移才能使 Qc=Kc，使反应达到新的平衡状态；反之，减小反应物浓度或增大生成物浓度， 则 Qc＞Kc，化学平衡向消耗生成物的方向移动，即平衡左移才能使反应达到新的平衡状态。温度一定时，增大 →条件改变 →一定时间后2 反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使平衡向右移动；增大生成物的浓度或减小反应物的浓度，都可以使 平衡向左移动。 （3）图像分析（v-t 图像）。 浓度对化学平衡的影响，可用如图所示的 v-t 图像予以说明。 【高清课堂：反应之事合久必分分久必合-化学平衡移动】 2．压强对化学平衡的影响。 （1）规律：在其他条件不变的情况下，增大压强，会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动；减小压强， 会使化学平衡向着气体体积增大的方向移动。 （2）解释： 反应特点 （正向气体体积变化） A：减小 B：增大 C：增大 D：减小 平衡移动原因 加压 加压 减压 减压 速率变化 v 正、v逆同时增大， 但 v 正＇＞v 逆＇ v 正、v逆同时增大， 但 v 逆＇＞v 正＇ v 正、v逆同时减小， 但 v 正＇＞v 逆＇ v 正、v逆同时减小， 但 v 逆＇＞v 正＇ 平衡移动方向 正向移动 逆向移动 正向移动 逆向移动 （3）图像分析： 要点诠释：①无气态物质存在的化学平衡，由于改变压强不能改变化学反应速率，所以改变压强不能使无气 态物质存在的化学平衡发生移动。 ②如 2HI (g) H2 (g)+I2 (g)，3Fe (s)+4H2O (g) 4H2 (g)+Fe3O4 (s)等可逆反应，由于反应前后气体体 积不变，改变压强后，正、逆反应速率同时、同程度地改变，因此增大或减小压强不能使其化学平衡发生移动。 ③在容积不变的密闭容器中，气体反应已达到平衡，若向该容器中充入一种不参与该化学反应的气体，化学 平衡不移动，原因是气态反应物、生成物的浓度未变化。例如可逆反应 2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3 (g)，达到平 衡后，在温度和气体体积不变的条件下充入 Ar，因 c (SO2)、c (O2)、c (SO3)均未发生变化，故化学平衡不移动。 ④在容积可变的恒压容器中，充入一种不参与反应的气体，此时虽然总压强不变，但各气态物质的浓度发生3 改变。则化学平衡发生移动。 【高清课堂：反应之事合久必分分久必合-化学平衡移动】 3．温度对平衡的影响。 （1）规律：在其他条件不变的情况下，升高温度，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动；降低温度，会 使化学平衡向着放热反应的方向移动。 （2）解释： 升高温度，正、逆反应速率均增大，但吸热反应的速率增大的程度更大，使 v（吸）＞v（放），因此平衡向 吸热反应方向移动；降低温度，正、逆反应速率均减小，但吸热反应的速率减小的程度更大，使 v（吸）＜v （放），因此平衡向放热反应方向移动。 （3）图像分析： 要点诠释：（1）任何化学反应都伴随着能量变化，因此，温度变化时任何化学平衡都会发生移动。 （2）一个反应的正反应是放热反应，则其逆反应一定是吸热反应，且放出或吸收的热量相同，但符号相反。 （3）在 v-t 图像中，速率曲线都是突变的，t2 时刻反应速率因为温度的变化而突然增大或减小。 （4）在分析温度对化学平衡的影响时，首先应分析反应的特点，看正（逆）反应是放热反应还是吸热反应。 【高清课堂：反应之事合久必分分久必合-化学平衡移动】 4．催化剂对化学平衡的影响。 使用催化剂不影响化学平衡的移动。由于使用催化剂对正反应速率与逆反应速率影响的程度是等同的，所以 平衡不移动。但应注意，虽然催化剂不使化学平衡移动，但使用催化剂可影响可逆反应达到平衡的时间。下图是 使用催化剂对反应 aA (g)+bB (g) cC (g)+dD (g) ΔH＜0 的影响的图像。 【高清课堂：反应之事合久必分分久必合-化学平衡移动】 5．勒夏特列原理。 浓度、压强和温度对化学平衡的影响可以概括为平衡移动原理（也叫勒夏特列原理）：如果改变影响平衡的 一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就会向着能够减弱这种改变的方向移动。 要点诠释：（1）对“减弱这种改变”的正确理解。 ①定性角度：用于判断平衡移动的方向。 ②定量角度：“减弱”不等于“消除”，更不是“扭转”，具体有如下理解。 a．若将体系温度从 50℃升高到 80℃，则化学平衡向吸热方向移动，则体系的温度降低，达到新的平衡状态 时 50℃＜t＜80℃。 b．若对体系 N2 (g)+3H2 (g) 2NH3 (g)加压，例如从 30 MPa 加压到 60 MPa，化学平衡向气体体积减小 的方向移动，移动的结果使体系的压强减小，达到新的平衡时 30 MPa＜p＜60 MPa。 c．若增大平衡体系 Fe3++3SCN－ Fe(SCN)3 中 Fe3+的浓度，例如由 0.01 mol·L－1 增加到 0.02mol·L－4 1，则在新平衡状态下，0.01 mol·L－1＜c (Fe3+)＜0.02 mol·L－1。 （2）勒夏特列原理只适用于判断“改变一个条件”时，平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个 条件，不能简单地根据移动原理来判断平衡移动的方向，只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时，才能 根据平衡移动原理进行判断。 （3）勒夏特列原理仅适用于已达到平衡的反应体系，对不可逆反应或未达到平衡的可逆反应均不能使用勒 夏特列原理。此外勒夏特列原理对所有的动态平衡（如溶解平衡、电离平衡、水解平衡等）都适用。 要点三、化学平衡中的几种处理方法 1．“极限思维法”在平衡中的应用。 任何可逆反应均可以看成完全不反应和完全反应的中间状态。我们在求某一物质在平衡状态的浓度取值范围 时，常采用极限思维法，让正反应（或逆反应）完全进行，可以求得其取值范围。 2．“虚拟法”在平衡中的应用。 任何一个可逆反应体系，在相同条件下从不同的状态开始，只要达到平衡时的条件（温度、压强、浓度）完 全相同，就可以形成等效平衡。我们在解题中若遇到将两个状态进行比较这类问题时，可以“虚拟”一个中间过 程，如一个容器、一个隔板等，然后再进行比较。 3．守恒思维法。 在任何反应中，均存在某些守恒关系，在化学平衡中有时运用这些守恒关系能够很快得出正确答案。 【典型例题】 类型一、化学平衡移动的含义及标志 例 1、在一密闭容器中，反应 mA (g)+nB (g) pC (g)，达到平衡时，测得 c (A)为 0.5 mol·L－1；在温度 不变的条件下，将容器体积扩大一倍，当达到平衡时，测得 c＇(A)为 0.3 mol·L －1 。则下列判断正确的是 （ ）。 A．化学计量数：m+n＞p B．平衡向正反应方向移动了 C．物质 B 的转化率减小了 D．物质 C 的质量分数增加了 【思路点拨】根据本题题意，将容器体积扩大一倍，即体系的压强立即变为原来的一半，各物质的浓度也变 为原来的一半。从压强的变化分析解答该题即可。 【答案】A、C 【解析】假设体积变为原来的 2 倍后平衡不移动，那么 A、B、C 的浓度都应该为原来的 0.5 倍，而现在题 中已知 c＇(A)为 0.3 mol·L－1，也就是说 A 的浓度比原来的 0.5 倍要大，那么只能是平衡向左移动了，以此为突 破点，正确选项 A、C 就可以分析出来。 【总结升华】本题是判断平衡移动的问题。判断平衡移动的关键是看通过改变条件是否使体系中的 v（正） ≠v（逆），如果 v（正）≠v（逆）平衡就会发生移动。另外还要注意所改变的条件是否对反应速率产生影响。 举一反三： 【变式 1】已建立平衡的可逆反应 A+B 3C，改变条件使平衡向正反应方向移动，下列判断正确的是 （ ）。 A．生成物的百分含量一定增大 B．生成物的产量一定增加 C．反应物的转化率都增大 D．生成物的浓度一定增大 【答案】B 类型二、外界条件对化学平衡的影响 例 2、在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的 X、Y，发生反应 mX (g) nY (g) ΔH=Q kJ／mol。 反应达到平衡时，Y 的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：5 下列说法正确的是（ ）。 A．m＞n B．Q＜0 C．温度不变，压强增大，Y 的质量分数减少 D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动 【思路点拨】对于此类多变量问题的分析，建议先固定一个量以便分析另一个变量，比如先分析 100℃时体 积因素引起的变化，再分析 Y 的体积为 1 时各温度引起的变化。 【答案】C 【解析】由表知，体积不变升高温度，c (Y)增大，平衡右移，因升高温度，平衡向吸热方向移动，说明正反 应为吸热反应，Q＞0，B、D 错；温度不变，容器体积增大，即由 l L 变为 2 L，若平衡不移动，此时 c (Y)应减 小为原来的一半，现 c (Y)比原来的一半大，即减小压强，平衡向右移动，向气体体积增大的方向移动，所以 m＜ n，A 错；因为 m＜n，增大压强，平衡向左移动，所以 Y 的质量分数减少，故 C 正确。 【总结升华】解此类题目的关键是理解化学平衡移动的条件。 举一反三： 【变式 1】可逆反应 A (g)+B C (g)+D 的压应式中 A 和 C 都是无色气体。当反应达到平衡时，下列叙述 错误的是（ ）。 A．若增大 A 的浓度，平衡体系颜色加深，则说明 D 是有颜色的气体 B．若升高温度，c 的百分含量减小，则说明逆反应为吸热反应 C．若增大压强，平衡不发生移动，则说明 B 和 D 一定都是气体 D．如果 B 是气体，则增大 A 的浓度会使 B 的转化率增大 【答案】C 类型三、“惰性气体”对化学平衡移动的影响 例 3、（2015 四川高考）一定量的 CO2 与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)+CO2(g) 2CO(g)。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示： 已知：气体分压（P 分）=气体总压（P 总）×体积分数。下列说法正确的是（ ） A．550℃时，若充入惰性气体，ʋ 正、ʋ 逆 均减小，平衡不移动 B．650℃时，反应达平衡后 CO2 的转化率为 25.0% C．T℃时，若充入等体积的 CO2 和 CO，平衡向逆反应方向移动 D．925℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数 KP=24.0P 总6 【思路点拨】本题属于化学平衡图像题，做题时需要仔细看图中的每条线代表什么意思，针对选项中的问题 将图像与基础知识结合起来进行分析解答。 【答案】B 【解析】A、可变的恒压密闭容器中反应，550℃时充入惰性气体相当于减小压强，则 ʋ 正、ʋ 逆 均减小，该 反应是气体体积增大的反应，则平衡正向移动，故 A 错误； B、由图可知，650℃时反应达到平衡后 CO 的体积分数为 40%，设开始加入的 CO2 为 1mol，转化了 xmol， 则有 所以 ，解得 x=0.25mol，则 CO2 的转化率为 ，故 B 正确； C、T℃时，反应达到平衡后 CO 和 CO2 的体积分数都为 50%，所以 Kp= =1，则 T℃时，若充入等 体积的 CO 和 CO2，则 Qc=1=K，所以平衡不移动，故 C 错误； D、925℃时，CO 的体积分数为 96%，则 CO2 的体积分数为 4%，所以用平衡分压代替平衡浓度表示的化学 平衡常数 Kp= = =23.04P，故 D 错误。 【总结升华】惰性气体对化学平衡、转化率的影响： （1）恒容容器通入惰性气体：反应体系中各物质的浓度不变；各物质的反应速率不变；平衡不受影响；反应物 的转化率不变。 （2）恒压容器中通入惰性气体：反应体系中各物质的浓度减小，反应速率减小；平衡向气体体积增大的方向移 动。 ①若正反应为气体体积增大的反应，则反应物的转化率增大。 ②若正反应为气体体积减小的反应，则反应物的转化率减小。 举一反三： 【变式 1】（2015 衡水模拟）某温度下，反应 2A(g) B(g)　ΔH>0 在密闭容器中达到平衡，平衡后 ＝a，若改变某一条件，足够时间后反应再次达到平衡状态，此时 ＝b，下列叙述正确的是（　 　） A．在该温度下，保持容积固定不变，向容器内补充了 B 气体，则 a