化学平衡及化学反应进行的方向 2、化学平衡的特征以及判断依据
(1)化学平衡状态具有“等”、“定”、“动”、“变”四个基本特征。 (2)判断可逆反应达到平衡状态的根本依据是: ①正反应速率等于逆反应速率。 ②各组分的的浓度保持不变。 (3)化学平衡的移动
①概念:可逆反应中,旧化学平衡被破坏,新化学平衡建立的过程叫做化学平衡的移动。化学平衡移动的实质是外界因素改变了反应速率,使正、逆反应速率不再相等,通过反应,在新的条件下达到正、逆反应速率相等。可用下图表示:
平衡移动的方向与v(正)、v(逆)的相对大小有关,化学平衡向着反应速率大的方向移动。 ②外界条件与化学平衡移动的关系
● 浓度:在其它条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,平衡向正反应方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,平衡向逆反应方向移动。
● 压强:在其它条件不变的情况下,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。
● 温度:在其它条件不变的情况下,温度升高,会使化学平衡向着吸热反应方向移动;温度降低,会使化学平衡向着放热反应方向移动。 注意:
A、固体及纯液体物质的浓度是一定值,反应速率不因其量的改变而改变,所以增加或减少固体及纯液体物质的量,不影响化学平衡。
B、改变压强是通过改变容器体积,进而改变气态物质浓度,进而改变反应速率影响化学平衡的。所以,压强对化学平衡的影响实质是浓度对化学平衡的影响。下列情况改变压强平衡不移动: (a).平衡体系中没有气体物质,改变压强不会改变浓度,平衡不移动。
(b).反应前后气体体积不变(即气态反应物和生成物的化学计量数之和相等)的可逆反应。如: H2(g)+I2(g)
2HI(g)
改变压强同等程度改变反应速率,平衡不移动。
(c).向固定容积的容器中充入不参加反应的气体(如惰性气体He、Ar),压强虽然增大了,但气态物质的浓度不变,平衡不移动。
C、只要是升高温度,平衡一定移动,且新平衡状态的速率一定大于原平衡状态的速率。
D、催化剂能同等程度地改变正反应和逆反应的速率,改变后正、逆反应速率仍相等,所以它对化学平衡的移动
没有影响。但它能改变达到平衡所需的时间。 ③勒夏特列原理
浓度、压强、温度对化学平衡的影响可以概括为平衡移动原理,又称勒夏特列原理:如果改变影响平衡的一个条件(浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
知识点三:化学平衡常数与转化率
1、化学平衡常数:
(1)化学平衡常数的表示方法 对于一般的可逆反应:mA+ n B
p C + q D。其中m、n、p、q分别表示化学方程式中个反应物和生成物的
化学计量数。当在一定温度下达到化学平衡时,这个反应的平衡常数可以表示为:
K=
在一定温度下,可逆反应达到化学平衡时,生成物的浓度,反应物的浓度的关系依上述规律,其常数(用K表示)叫该反应的化学平衡常数 (2)化学平衡常数的意义
①平衡常数的大小不随反应物或生成物的改变而改变,只随温度的改变而改变。 ②可以推断反应进行的程度。
K很大,反应进行的程度很大,转化率大
K的意义 K居中,典型的可逆反应,改变条件反应的方向变化。 K 很小,反应进行的程度小,转化率小
2、转化率:
可逆反应到达平衡时,某反应物的转化浓度(等于某反应物的起始浓度和平衡浓度的差)与该反应物的起始浓度比值的百分比。可用以表示可逆反应进行的程度。
知识点四:化学反应进行的方向
1、焓变和熵变的不同:
焓变(△H)指的是内能的变化值,常以热的形式表现出来。 熵变(△S)指的是体系的混乱程度。 S(g)>S(l)>S(s)
2、自发反应与否的判断依据 △H-T△S<0 正反应自发反应 △H-T△S>0 逆反应自发反应
【规律方法指导】
1、判断反应达到平衡状态的方法
可逆反应 混合物体系中各成分的量
mA(g)+nB(g)
pC(g) + qD(g)
是否平衡状态
是 是 是 不一定 是
①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定 ②各物质的质量或各物质质量分数一定 ③各气体的体积或体积分数一定 ④总体积、总压力、总物质的量一定
①在单位时间内消耗了m mol A同时生成m molA,即V正=V
正反应速率与逆反应速率的关系
逆
②在单位时间内消耗了n molB同时消耗了p mol C。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n mol B,同时消耗q mol D
是 不一定 不一定 是 不一定 是 不一定 是
压强 混合气体相对平均分子质量(M) 温度 体系的密度(p)
①m+ n≠p + q 时,总压力一定(其他条件不变) ②若m+n=p+q,总压力一定(其他条件不变) ①②
一定,m+ n≠p + q 一定,m+n=p+q
任何化学反应都伴随着能量变化.当体系温度一定时(其他条件不变) 密度一定
不一定
2、外因对反应速率和化学平衡的影响的比较:
外因的变化 增大反应物的浓度
减小生成物的浓
浓度
度
减小反应物的浓度
增大生成物的浓度
固体物质除外
备注
对反应速率的影响 v正、v逆均增大,且v正>v
逆
对化学平衡的影响
v正、v逆均减小,且v正>v
逆
向正反应方向移动
向逆反应方向移动
v正、v逆均减小,且v正 逆 v正、v逆均增大,且v正 逆 向逆反应方向移动 增压引起浓度改变 压强 减压引起浓度改变 固体和液体、恒容时充入不反应气体情况除外 v 正 、v 逆 均增大,只是增向气体体积减小的方向移动 向气体体积增大的方向移动 大的倍数不同 v 正 、v 逆 均减小,只是减 小的倍数不同 v 正 升温 温度 降温 催化 、v 逆 均增大,只是增 注意催化剂大的倍数不同 正 向吸热反应方向移动 的活性温度 v、v 逆 均减小,只是减 小的倍数不同 未指明一般 向放热反应方向移动 剂 为正催化剂 说明:上表对相关知识进行了对比分析,但在解题时还须灵活应用。如观察上表,还可以得出以下规律: ①改变一个影响因素,v正、v逆的变化不可能是一个增大,另一个减小的,二者的变化趋势是相同的,只是变化大小不一样(催化剂情况除外); ②平衡向正反应方向移动并非v正增大,v逆减小,等等。 【经典例题透析】 类型一:化学平衡状态的判断 1对于可逆反应2HI(g) I2(g)+H2(g)。下列叙述能够说明已达平衡状态的是( ) A.各物质的物质的量浓度比为2∶1∶1 B.压强保持不变的状态 C.断裂2mol H-I键的同时生成1mol I-I键 D.混合气体的颜色不再变化时 解析:可逆反应在一定条件下达到平衡状态的标志是v正=v逆。从速度的角度看,可逆反应是否已达平衡状态,则必须给出正、逆两个速度或与其相关的条件。 A.项是错的,平衡状态各物质的百分含量保持不变,是v正=v逆的结果,并非含量相等,更不是浓度比与系数比相等的状态。同理可知D.项是正确的。对选项C.描述的均为正反应,非平衡状态 C.也不正确,而将C.项改为断裂2molH-I键的同时断裂1mol I-I键才是平衡状态的标志。 选项B.对该反应讲,不管是否达平衡状态,只要温度和体积不变,压强均不变,这是由于该反应属气体体积不变的反应。对于合成氨反应 N2+3H2 2NH3,选项D.才是平衡状态的标志。 答案:D 变式练习1:在一定温度下的定容密闭容器中,发生反应: A(s)+2B(g)C(g)+D(g) 当下列物理量不再变化时,表明反应已达平衡的是( ) A.混合气体的压强 B.混合气体的密度 C.混合气体的平均相对分子质量 D.气体总物质的量 解析:该可逆反应的反应物和生成物的气体分子数相等。也就是说,无论反应是否达到平衡,气体的总物质的量始终不变。在温度和体积一定时,混合气体的压强与气体总物质的量成正比,所以混合气体的压强也始终不变。 反应物A是固体,其它物质都是气体。根据质量守恒定律,反应体系中固体和气体的总质量是不变的。若混合 使用 同等程度地改变反应速率 平衡不移动 气体的质量不变,则固体A的质量也不变,可说明反应已达平衡。根据混合气体的密度公式:平均相对分子质量的公式: ,因为v、n 都是定值,所以它们不变就是混合气体的质量不变。 ,混合气体的 答案:BC 强调:分析反应的特点,熟悉各种物理量的计算关系是解题的关键。 类型二: 化学平衡的有关计算 2在500℃ 1.01×105Pa条件下,将SO2与O2按2∶1体积比充入一密闭容器中,达平衡时SO3的体积百分含量为91%。求: (1)平衡时SO2和O2的体积百分含量; (2)若温度和容器的体积不变,求平衡时压强; (3)平衡时SO2的转化率。 解析:设开始时有2mol SO2、1mol O2,平衡时有SO3 2x (2)在容积、温度不变时 (3)SO2%(转化率)=(2x/2)×100%=93.8% 4 答案:6% ;7×10Pa;93.8% 变式练习2:(广东高考题)在5L的密闭容器中充入2molA气体和1molB气体,在一定条件下发生反应: 2A(g) + B(g) 2C(g)达平衡时,在相同条件下测得容器内混合气体的压强是反应前的5/6,则A 的转化率为( ) A.67% B. 50% C. 25% D. 5% 解析:根据阿伏加德罗定律的推论,同温同体积时,气体压强之比等于物质的量之比,平衡时气体的物质的量为×(2+1) mol=2.5mol。 设达平衡时,B反应了xmol,根据