(2)根据体系中物质的浓度(或物质的量、或百分含量)判断
如果平衡移动的结果是使体系中反应物的浓度(或物质的量、或百分含量)减小,则平衡正向移动或向右移动,反之,平衡逆向移动或向左移动。
化学平衡的影响因素
1.浓度
(1)实验探究
①实验原理:
Cr2O
+H2O
2CrO
+2H+
橙色 黄色
②实验步骤:
Ⅰ.向试管中加入4mL0.1mol·L-1的K2Cr2O7溶液,再滴加数滴1mol·L-1NaOH溶液。
Ⅱ.向上述溶液中滴加1mol·L-1HNO3溶液。
实验现象
结论
实验Ⅰ
滴加NaOH溶液后,溶液橙色变浅,逐渐变为黄色
平衡向正反应方向移动
实验Ⅱ
滴加HNO3后,溶液黄色变浅,逐渐变为橙色
平衡向逆反应方向移动
(2)应用
适当增加相对廉价的反应物(或及时分离出生成物),从而提高产物产量,降低成本。
2.压强
(1)压强对平衡移动的影响的实例探讨
可逆反应
平衡常数
表达式
改变压强对平衡的影响
增大压强
减小压强
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
K=
正向移动
逆向移动
N2O4(g)
2NO2(g)
K=
逆向移动
正向移动
FeO(s)+CO(g)
Fe(s)+CO2(g)
K=
不移动
不移动
3.温度
(1)实验探究
实验现象
溶液由紫色变为蓝色
溶液不变色
溶液由紫色变为粉红色
实验结论
升高温度,平衡向正反应方向移动;降低温度,平衡向逆反应方向移动
(2)结论(其他条件不变化时)
升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动;
降低温度,化学平衡向放热反应方向移动。
4.催化剂
催化剂能同等程度的改变(一般为增大)正、逆反应的速率,对化学平衡移动无影响,但能缩短达到平衡所需的时间。
勒夏特列原理
1.概念
如果改变影响平衡的一个因素(如浓度、压强或温度),平衡将向能够减弱这种改变的方向移动,也称化学平衡移动原理。
2.应用
工业合成氨反应为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0
措施
原因
加入过量的N2
促进平衡正向移动,提高H2的转化率
采用适当的催化剂
加快反应速率
采用高压
有利于平衡向正反应方向移动
采用较高温度
加快反应速率同时提高催化剂的活性
将氨液化并及时分离
有利于平衡向正反应方向移动
例1 在450℃时,反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
ΔH<0达到平衡状态,若体系中只改变下列条件,请把影响结果填入表中:
改变条件
正反应速率
逆反应速率
平衡移动
N2的转化率
(1)增大N2的浓度
(2)增大NH3的浓度
(3)减小NH3的浓度
(4)增大压强
(5)升高温度
(6)加入催化剂
(7)体积不变充入氖气
训练1.对可逆反应2A(s)+3B(g)
C(g)+2D(g) ΔH<0,在一定条件下达到平衡,下列有关叙述正确的是( )
①增加A的量,平衡向逆反应方向移动 ②升高温度,平衡向逆反应方向移动,v正减小 ③压强增大一倍,平衡不移动,v正、v逆不变 ④增大B的浓度,v正>v逆 ⑤加入催化剂,B的转化率提高
A.①② B.④
C.③ D.④⑤
对勒夏特列原理的理解
勒夏特列原理:
改变影响化学平衡的一个因素,平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
理解勒夏特列原理需注意以下几个方面:
1.影响平衡的因素:
浓度、压强、温度。
2.原理的适用范围:
只适用于一个条件发生变化的情况(即温度或压强或一种物质的浓度),当多个条件同时发生变化时,情况比较复杂。
3.平衡移动的结果:
只能减弱(不可能抵消)外界条件的变化。
例2(双选)在一恒容密闭容器中,反应A(g)+B(g)
C(g)达到平衡,若增大A的浓度,使平衡右移,并达到新的平衡,下列说法正确的是( )
A.A的浓度一定比原平衡大
B.A的转化率增大
C.C的百分含量一定大于原平衡C的百分含量
D.B的转化率一定增大
训练2.下列事实,不能用平衡移动原理解释的是( )
A.反应CO+NO2
CO2+NO ΔH<0,升高温度可使平衡向逆反应方向移动
B.合成NH3的反应,为提高NH3的产率,理论上应采取相对较低温度的措施
C.溴水中存在平衡Br2+H2O
HBr+HBrO,当加入AgNO3溶液后,溶液颜色变浅
D.对2HI(g)
H2(g)+I2(g),增大平衡体系的压强(压缩体积)可使体系颜色变深
在工业生产中选择适宜的生产条件的思路
1.从可逆性、反应前后气体化学计量数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。
2.根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响;从速率和平衡的角度进行综合分析,再充分考虑实际情况,选出适宜的外界条件。
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度、减小生成物的浓度
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH<0
低温
兼顾速率和平衡,考虑催化剂活性的适宜温度
ΔH>0
高温
在设备条件允许的前提下,尽量采取高温并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
ΔV(g)<0
高压
在设备条件允许的前提下,尽量采取高压
ΔV(g)>0
低压
兼顾速率和平衡,选取适宜的压强
例3 对于合成氨的反应来说,使用催化剂和施以高压,下列叙述中正确的是( )
A.都能提高反应速率,都对化学平衡状态无影响
B.都对化学平衡状态有影响,都不影响达到平衡状态所用的时间
C.都能缩短达到平衡状态所用的时间,只有压强对化学平衡状态有影响
D.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间,而压强无此作用
训练3.某工业生产中发生反应:
2A(g)+B(g)
2M(g) ΔH<0。
下列有关该工业生产的说法正确的是( )
A.工业上合成M时,一定采用高压条件,因为高压有利于M的生成
B.若物质B价廉易得,工业上一般采用加入过量的B,以提高A和B的转化率
C.工业上一般采用较高温度合成M,因温度越高,反应物的转化率越高
D.工业生产中常采用催化剂,因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
“惰性”气体对化学平衡的影响
对于反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0来说:
1.若体系内的压强保持恒定(容器体积是可变的)时,加入氦气,体系内压强恒定,体积必增大,这相当于对原体系中各组分起了稀释作用,因而引起c(N2)、c(H2)、c(NH3)变小,平衡向左移动(相当于减压)。
2.在恒温、恒容下,加入氦气时,平衡不发生移动。
这种条件下加入“惰性”气体,虽平衡体系内的压强增加,但因容器的体积不变,c(N2)、c(H2)、c(NH3)不变,所以平衡不发生移动。
3.对于反应前后气体体积相等的反应[如H2+I2(g)
2HI],当向平衡体系中充入“惰性”气体时,则无论任何情况下平衡都不发生移动。
例在N2+3H2
2NH3的体系中,保持容器中压强和温度不变,充入氩气以增大容器的体积,下列叙述正确的是( )
A.因为压强不变,所以平衡不移动
B.因为体积增大,c(N2)、c(H2)、c(NH3)均减小,v(正)、v(逆)均减小,平衡不移动
C.因为体积增大,相当于减小压强,平衡向体积增大方向移动,即平衡向逆反应方向移动
D.因为加入氩气不参与反应,v(正)、v(逆)均不变,平衡不移动
【课堂练习】
A组:
1.对于任何一个平衡体系,采用以下措施一定会使平衡移动的是( )
A.加入一种反应物 B.升高温度
C.对平衡体系增加压强D.使用催化剂
2.对于平衡CO2(g)
CO2(aq) ΔH=-19.75kJ·mol-1,为增大二氧化碳气体在水中的溶解度,应采用的方法是( )
A.升温增压B.降温减压
C.升温减压D.降温增压
3.据报道,在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实。
2CO2(g)+6H2(g)
CH3CH2OH(g)+3H2O(g)下列叙述错误的是( )
A.使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
4.COCl2(g)
CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施:
①升温 ②恒容通入惰性气体 ③增加CO浓度 ④减压 ⑤加催化剂 ⑥恒压通入惰性气体,其中能提高COCl2转化率的是( )
A.①②④B.①④⑥
C.②③⑤D.③⑤⑥
B组:
5.现有反应:
mA(g)+nB(g)
pC(g),达到平衡后,当升高温度时,B的转化率变大;当减小压强时,混合体系中C的质量分数减小,则:
(1)该反应的逆反应为________热反应,且m+n________p(填“>”、“=”或“<”)。
(2)减压时,A的质量分数________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同)。
(3)若加入B(体积不变),则A的转化率________。
(4)若升高温度,则平衡时B、C的浓度之比
将________。
(5)若加入催化剂,平衡时气体混合物的总物质的量________。
(6)若B是有色物质,A、C均无色,则加入C(体积不变)时混合物颜色________;而维持容器内压强不变,充入氖气时,混合物颜色________。
(填“变深”、“变浅”或“不变”)
【课后练习】
A组:
1.下列叙述中说明某化学平衡一定发生移动的是( )
A.混合物中各组分的浓度改变
B.混合体系中气体密度发生变化
C.正、逆反应速率改变
D.反应物的转化率改变
2.向紫色Cr2(SO4)3溶液中,加入NaOH溶液至析出蓝灰色沉淀,此时,溶液中存在着如下平衡:
Cr3+(紫色)+3OH
Cr(OH)3(蓝灰色)
CrO
(绿色)+H++H2O,将上述悬浊液等分成两份a和b。
向a试管中加入适量的NaOH溶液,向b试管中加入适量的H2SO4溶液。
a、b试管中溶液颜色最终分别为( )
A
B
C
D
a试管
紫色
蓝灰色
蓝色
绿色
b试管
绿色
绿色
紫色
紫色
3.右图是关于反应:
A2(g)+3B2(g)
2C(g)(正反应为放热反应)的平衡移动图象,影响平衡移动的原因可能是( )
A.升高温度,同时加压
B.降低温度,同时减压
C.增大反应物浓度,同时减小生成物浓度
D.增大反应物浓度,同时使用催化剂
4.下列事实中,不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.开启啤酒后,瓶中马上泛起大量泡沫
B.钢铁在潮湿的空气中容易生锈
C.实验室中常用排饱和食盐水的方法收集氯气
D.工业上生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高二氧化硫的利用率
5.某温度下,N2O4(g)
2NO2(g) ΔH>0。
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.保持体积不变,加入少许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,再达到平衡时颜色变深
6.体积相同的甲、乙两个容器中,分别都充有等物质的量的SO2和O2,在相同温度下发生反应:
2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g),并达到平衡。
在这个过程中,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( )
A.等于p% B.大于p%
C.小于p%D.无法判断
7.在一定条件下,对于反应mA(g)+nB(g)
cC(g)+dD(g),C物质的质量分数w(C)与温度、压强的关系如图所示,下列判断正确的是( )
A.ΔH<0,m+nB.ΔH>0,m+n>c+d
C.ΔH>0,m+nD.ΔH<0,m+n>c+d
8.现有下列两个图象:
下列反应中符合两图象的是( )
Ⅰ Ⅱ
A.N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0
B.2SO3(g)
2SO2(g)+O2(g) ΔH>0
C.4NH3(g)+5O2(g)
4NO(g)+6H2O(g) ΔH<0
D.H2(g)+CO(g)
C(s)+H2O(g) ΔH>0
9.反应2X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<0,在不同温度(T1和T2)下,产物Z的物质的量n与反应时间t的关系如图所示,则下列判断中正确的是( )
A.T1p2
C.T1>T2,p1>p2D.T1>T2,p110.在一密闭容器中,反应aA(g)
bB(g)达到平衡后,保持温度不变,将容器体积缩小一半,当达到新平衡时,B的浓度是原来的1.6倍,则( )
A.平衡向正反应方向移动了
B.物质A的转化率增大了
C.物质B的质量分数减小了
D.a>b
11.在一定条件下,可逆反应:
mA+nB
pC达到平衡,若:
(1)A、B、C都是气体,减小压强,平衡向正反应方向移动,则m+n和p的关系是________。
(2)A、C是气体,增加B的量,平衡不移动,则B为________态。
(3)A、C是气体,而且m+n=p,增大压强可使平衡发生移动,则平衡移动的方向是________。
(4)加热后,可使C的质量增加,则正反应是________反应(填“放热”或“吸热”)。
B组:
13.在密闭容器中进行如下反应:
CO2(g)+C(s)
2CO(g) ΔH>0,达到平衡后,若改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化。
(1)增加C,平衡________,c(CO2)________。
(2)缩小反应容器的容积,保持温度不变,则平衡________,c(CO2)________。
(3)保持反应容器的容积和温度不变,通入N2,则平衡________,c(CO2)________。
(4)保持反应容器的容积不变,升高温度,则平衡________,c(CO)________。
14.某化学反应2A(g)
2B(g)+D(g)在四种不同条件下进行,B、D起始浓度为0,反应物A的浓度(mol·L-1)随反应时间(min)的变化情况,见下表
实验
序号
温度
0min
10min
20min
30min
40min
50min
60min
1
800℃
1.0
0.80
0.67
0.57
0.50
0.50
0.50
2
800℃
c2
0.60
0.50
0.50
0.50
0.50
0.50
3
800℃
c3
0.92
0.75
0.63
0.60
0.60
0.60
4
820℃
1.0
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
0.20
根据上述数据,完成下列填空:
(1)在实验1中,反应在10min至20min时间内平均速率为v(A)=________mol·L-1·min-1。
(2)在实验2中,A的初始浓度c2=________mol·L-1,反应经20min就达到平衡,可推测实验2中还隐含的条件是________。
(3)设实验3的反应速率为v3,实验1的反应速率为v1,则v3______v1(填“>”、“<”或“=”),且c3______1.0mol·L-1(填“>”、“<”或“=”)。
(4)比较实验4和实验1,可推测该反应是______(填“吸热”或“放热”)反应。
理由是__________________。
(5)对于实验4在30min时,若减小反应容器的容积,则v(正)________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),v(逆)________,v(正)________v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
(6)若实验3在30min时突然升温至820℃,则v(正)________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),v(逆)______,v(正)________v(逆)(填“>”、“<”或“=”),试画出两种温度条件下c(A)与t(时间)的变化关系图。