内容正文:
2.2.3 影响化学平衡的因素
第二章 化学反应速率与化学平衡
第二节 化学平衡
反应物
⇌
生成物
1.7.2013
‹#›
化学平衡状态有哪些特征?
逆
动态平衡
v正 = v逆 ≠ 0
等
动
定
变
v正 ≠ v逆
条件改变
平衡状态
不平衡
一段时间
达新平衡
如何理解条件改变,原平衡被破坏?
通过改变条件,使ν正 ≠ ν逆
复习巩固
化学平衡移动方向的判断方法
(1)Q < K: ;
(2)Q = K: ;
(3)Q > K: 。
反应向正反应方向进行,v正 > v逆
反应处于化学平衡状态,v正 = v逆
反应向逆反应方向进行,v正 < v逆
判断可逆反应进行的程度
K值越大,则正向反应进行的程度 ,
反应物转化率 ;
越大
越大
复习巩固
正向或逆向
反应一段时间
一、化学平衡移动
1. 破坏化学平衡状态
改变反应条件
化学平衡1
不平衡
一段时间
化学平衡2
Q = K
各物质组成保持不变
Q = K
Q ≠ K
移动方向
各物质组成改变
v正 = v逆
v正≠v逆
v正′= v逆′
条件改变
化学平衡的移动:在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态后,如果改变反应条件,平衡状态被破坏,化学体系的物质组成也会随着改变,直至达到新的平衡状态。这种由原有的平衡状态达到新的平衡状态的过程叫做化学平衡的移动。
a A(g)+b B(g) c C(g)+d D(g)
a
c (A) ∙ c (B)
Q =
c
c (C) ∙ c (D)
d
b
一定条件下,对任意可逆反应:
增大反应物浓度,或减小产物浓度
减小反应物浓度,或增大产物浓度
Q <
K
平衡正向移动
Q >
K
平衡逆向移动
猜想:浓度对化学平衡的影响
思考:改变哪些反应条件可使 Q ≠ K,使平衡移动呢?
Q =
≠ K
cp(C) • cq(D)
cm(A) • cn(B)
改变温度
改变浓度
人体血液中的血红蛋白(Hb)可与O2结合生成HbO2,因此具有输氧能力。若肺中吸入CO会发生
HbCO浓度达到HbO2浓度的0.02倍时,会使人智力受损。
抢救CO中毒的患者,应首先要让患者迅速脱离中毒环境,转移到通风、空气流通的地方,积极纠正缺氧,可以及时用鼻导管或者面罩给予高浓度氧气。同时尽快拨打120,转移至有高压氧舱治疗的医院,高压氧舱治疗是一氧化碳中毒的首选方法,应该及时尽快给予高压氧舱治疗,改善机体组织的缺氧。
思考:为什么将中毒患者转移到高压氧舱治疗是一氧化碳中毒的首选方法?
(高压的目的是将氧气快速压入血液)
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【例1】对于已建立化学平衡的可逆反应,当改变条件使化学平衡向正反应方向移动,下列有关叙述正确的是
①生成物的质量分数一定增加;②生成物的产量一定增加;③反应物的转化率一定增大;④反应物浓度一定降低;⑤正反应速率一定大于逆反应速率;⑥使用了合适的催化剂;
A.①② B.②⑤ C.③④ D.④⑥
B
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【实验】向盛有5 mL 0.005 mol/L FeCl3溶液的试管中加入5 mL 0.015 mol/L KSCN溶液,溶液呈红色。将上述溶液平均分装在a、b、c 三支试管中,向试管 b中加入少量铁粉,向试管 c 中滴加 4 滴 1 mol/L KSCN溶液,观察试管b、c中溶液颜色的变化,并均与试管a对比。
二、浓度对化学平衡的影响
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实验 向试管b中加少量铁粉 向试管c中滴加KSCN溶液
现象
结论
溶液颜色变浅
溶液颜色加深
其他条件不变,
减小C反应物,平衡逆向移动
其他条件不变,
增大C反应物,平衡正向移动
a对照组
Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3
浅黄 血红色
平衡移动判断依据:颜色变化
实验原理:
(无色)
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1. 从速率和浓度商的角度分别分析,其他条件不变时,浓度对化学平衡移动具有怎样的规律。
b试管,加入铁粉, c(Fe3+)减小
v正减小,使得v正 < v逆
c试管,加入KSCN, c(SCN-)增大
v正增大,使得v正 > v逆
平衡逆向移动
平衡正向移动
cm(A) • cn(B)
=Q
cp(C) • cq(D)
K =
cp(C) • cq(D)
cm(A) • cn(B)
①C反应物 减小
Fe+2Fe3+ = 3Fe2+
加入铁粉,Fe3+浓度减小,
Q =
Q 增大 ,Q>K,平衡逆向移动
Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3
Fe3+ + 3SCN- Fe(SCN)3
②C反应物 增大
加入KSCN,SCN-浓度增大,
Q =
Q 减小 ,Q<K,平衡正向移动
(2) 用Q与K关系分析浓度对化学平衡移动的影响:
增大C反应物 或 减小C生成物
减小C反应物 或 增大C生成物
在其他条件不变时,
Q ,则Q K,平衡向 方向移动
Q ,则Q K,平衡向 方向移动
(1) 浓度对化学平衡移动的影响规律
当其他条件不变时:
①C反应物增大或C生成物减小,平衡向 方向移动。
②C反应物减小或C生成物增大,平衡向 方向移动。
减小
<
正反应
增大
>
逆反应
正反应
逆反应
2. 浓度对化学反应速率的影响
t0 t1 t2 t3
t
V
V正
V逆
V正=V逆
V’正
V’逆
V’正=V’逆
请你绘制增大反应物浓度的速率时间图像
平衡正向移动
V′正>V′逆
3. 用v-t图像分析浓度变化对化学平衡移动的影响
①减小反应物浓度
t2
t3
0
V
t
V(正)
V(逆)
V(正) = V(逆)
t1
请你绘制减小反应物浓度的速率时间图像
单击此处编辑母版文本样式
第二级
第三级
第四级
第五级
请你绘制减小反应物浓度的速率时间图像
①减小反应物浓度
t2
V(逆)
V(正)
V(正)=V(逆)
t3
0
V
t
V(正)
V(逆)
V(正) = V(逆)
t1
平衡逆向移动
V′逆>V′正
单击此处编辑母版文本样式
第二级
第三级
第四级
第五级
减小生成物浓度
t2
V(正)
V(逆)
V(正)=V(逆)
t3
0
V
t
V(正)
V(逆)
V(正) = V(逆)
t1
平衡正向移动
V′正>V′逆
请你绘制减小生成物浓度的速率时间图像
增大生成物浓度
V’逆
v
t
V正
V逆
V’正
V’正=V’逆
平衡逆向移动
V′逆>V′正
请你绘制增大生成物浓度的速率时间图像
观察图像,总结你所发现的所有规律?
只要是增大浓度,不论增大的是反应物浓度,还是生成物浓度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态;减小浓度,新平衡状态下的速率一定小于原平衡状态。
浓度引起平移图像特征:一突变,一渐变。
1. 在密闭容器中进行反应:CO2(g)+C(s) ⇋2CO(g) △H﹥0达到平衡后,改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化?
(1)增大c(CO2),平衡________ ,c(CO) ______。
(2)加入更多碳,平衡______ ,c(CO) ______ 。
(3)增大c(CO),平衡________ ,c(CO2) ______ 。
正向移动
增大
逆向移动
增大
不移动
不变
对平衡体系中的固态和纯液态物质,其浓度可看作一个常数,增加或减小固态或液态纯净物的量并不影响ν正、ν逆的大小,所以化学平衡不移动。
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19
2、在1L密闭容器中,进行反应:X(g) + 3Y(g) 2Z(g)达到平衡后,其他条件不变时,加入X,重新达到平衡后,下列叙述正确的是( )
A. 正反应速率增大,逆反应速率减小
B. X的转化率变大
C. Y的转化率变大
D. 正、逆反应速率都将减小
C
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工业上制取硫酸的过程中,有一重要的反应:
在实际生产过程中,常用过量的空气与SO2作用,为什么?
在工业生产中适当增大廉价的反应物的浓度,使化学平衡向正反应方向移动,可以提高价格较高原料的转化率,以降低生产成本。
试着用“浓度对化学平衡的影响”来解释“用排饱和食盐水法收集Cl2可以抑制Cl2溶解Cl2溶于水,存在溶解平衡:Cl2 + H2O H+ + Cl- + HClO
应用
讨论:
饱和食盐水增大Cl-的浓度,使平衡向逆反应方向移动,从而使Cl2 的溶解度降低
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2NO2 N2O4
A
E
C
B
增大
压强
平衡向逆反应
方向移动
平衡向正反应
方向移动
减小
压强
1. 压强随时间的变化曲线,请你根据曲线的变化规律,总结平衡移动的规律
时间
压强
D
F
原平衡
三、压强对化学平衡的影响
如图2-6 所示,用50 mL注射器吸入20 mL NO2 和N2O4的混合气体(使注射器的活塞位于Ⅰ处),将细管端用橡胶塞封闭。然后把活塞拉到Ⅱ处,观察管内混合气体颜色的变化。当反复将活塞从Ⅱ处推到Ⅰ处及从Ⅰ处拉到Ⅱ处时,观察管内混合气体颜色的变化。
研究体系:
无色
红棕色
2NO2(g) N2O4(g)
2.压强对化学平衡的影响
研究体系:
无色
红棕色
2NO2(g) N2O4(g)
实验 体系压强增大 体系压强减小
现象
解释
颜色先变深,后又变浅
颜色先变浅,后又变深
变深: C(NO2)瞬间增大
又变浅: 压强增大,平衡右移,C(NO2)又减小
变浅: C(NO2)瞬间减小
又变深:压强减小,平衡左移,C(NO2)又增大
容积减小
颜色又变浅
向正反应
方向移动
物质浓度瞬间增大
加压
NO2浓度比②中的减小,但比①中的增大
原平衡气
①
颜色变深
②
容积增大
颜色又变深
向逆反应
方向移动
物质浓度瞬间减小
减压
NO2浓度比②中的增大,但比①中的减小
原平衡气
①
颜色变浅
②
理论分析:压强的改变,可能影响反应体系中多种物质的浓度。
增大压强
平衡向气体体积缩小的方向移动
减小压强
(缩小容器体积)
(扩大容器体积)
平衡向气体体积增大的方向移动
口诀:大P小移;小P大移
理论分析:压强的改变,可能影响反应体系中多种物质的浓度。
红棕色 无色
2NO2(g) N2O4(g)
操作ⅰ:容积缩小为原来一半,压强增大一倍。
Q<K,平衡正向移动,与实验结论一致
操作ⅱ:容积扩大为原来的2倍,压强减小到原来的 。
同理推出Q=2K,Q>K,平衡逆向移动
3. 知识总结
③气体物质的总体积没有变化的可逆反应,压强改变不能使化学平衡发生移动。
对于H 2(g)+ I2 (g) 当其他条件不变,减小或增大容器容积来改变压强时,化学平衡不移动。
④固态或液态物质的体积受压强影响很小,可以忽略不计。当平衡混合物中都是固态或液态物质时,改变压强后化学平衡一般不发生移动。
增大压强
平衡向气体体积缩小的方向移动
减小压强
①(缩小容器体积)
②(扩大容器体积)
平衡向气体体积增大的方向移动
口诀:大P小移;小P大移
0
v
V正
V逆
V正= V逆
V正= V逆
V’正
V’逆
增大压强
0
v
V正
V逆
V正= V逆
V正= V逆
V’逆
V’正
减小压强
正向移动
逆向移动
2NO2(g) N2O4(g)
4. 请你绘制压强改变的速率时间图
“惰性气体”对化学平衡的影响
(1)恒温恒容条件
原平衡体系
体系总压强增大
体系中各组分的浓度不变
平衡不移动。
充入惰性气体
(2)恒温恒压条件
原平衡体系
容器容积增大,各反应气体的分压减小
各组分的浓度同倍数减小
充入惰性气体
体系中
平衡向气体体积增大的方向移动。
【特别提醒】
(3)反应前后气体体积相等的反应[如H2(g)+I2(g) ⇌ 2HI(g)]
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。
(4)同等程度的改变反应体系中各物质的浓度时,可以视为压强的影响
例:已知化学反应2A(?)+B(g)⇌2C(?)达到平衡,当增大压强时,平衡向逆反应方向移动,则下列情况可能的是( )
A.A是气体,C是固体
B.A、C均为气体
C.A、C均为固体
D.A是固体或液体,C是气体
D
思考与讨论:有气体参加的反应可能出现反应后气体体积增大、减小或不变三种情况。请根据三种不同的情况进行分析,体系压强增大会使化学平衡状态发生怎样的变化?
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
请你分别绘制三种不同情况下的压强改变的速率时间图
t
0
v
V(正)
V(逆)
原平衡
V’ (正)
V’ (逆)
新平衡
m+n﹥p+q
0
v
t
V(正)
V(逆)
原平衡
V’ (正)
V’ (逆)
新平衡
m+n﹤p+q
0
v
V(正)
V(逆)
原平衡
新平衡
m+n=p+q
V’ (正)=V’(逆)
四、温度对化学平衡的影响
实验原理
∆H =-56.9 kJ/mol
2NO2(g)(红棕色) N2O4(g)
课本【实验2-3】
实验 浸泡在热水中 浸泡在冷水中
现象
平衡移动
结论
颜色加深
颜色变浅
平衡逆移
平衡正移
其他条件不变时,
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。
如图2-7所示,把NO2和N2O4的混合气体通入两只连通的烧瓶,然后用弹簧夹夹住乳胶管;把一只烧瓶浸泡在热水中,另一只浸泡在冰水中。观察混合气体颜色的变化。
图像解释
v正= v逆
v正
v逆
t1
t(s)
v(molL-1S-1)
0
t2
v”正 = v”逆
v’逆
v’正
t2时T↑,平衡向吸热反应的方向移动
2NO2(g) N2O4(g) ∆H=-56.9kJ/mol
升高温度,正逆反应速率均增大。
但对吸热方向影响幅度比较大。
图像解释
v正= v逆
v正
v逆
t1
t(s)
v(mol·L-1·S-1)
0
t2
v”正 = v”逆
v’逆
v’正
2NO2(g) N2O4(g) ∆H=-56.9kJ/mol
t2时T↓,平衡向放热反应的方向移动
降低温度,正逆反应速率均减小。
但对吸热方向影响幅度比较大。
(红棕色)
(无色)
思考: 根据上述反应试比较以下三种状态下的温度关系:
①改变温度前混合气体温度T1;
②改变温度后瞬时气体温度T2;
③改变温度达新平衡后混合气体温度T3。
升温: ;
降温: 。
2NO2(g) N2O4(g) △H=-57kJ/mol
T2 > T3 > T1
T1 > T3 > T2
【例】反应:A(g)+3B(g) 2C(g) ΔH<0,达平衡后,将反应体系的温度降低,下列叙述中正确的是( )
A.正反应速率增大,逆反应速率减小,平衡向右移动
B.正反应速率减小,逆反应速率增大,平衡向左移动
C.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向右移动
D.正反应速率和逆反应速率都减小,平衡向左移动
C
五、催化剂对化学平衡的影响
加入合适的催化剂可以加快反应速率,是因为它们可以降低反应所需 ,从而提高活化分子 ,从而增大反应速率。但催化剂能够 地改变正、逆反应速率,因此它对化学平衡移动 没有影响。
v
t
v正
v逆
v’正=v’逆
活化能
百分数
同等程度
催化剂的意义:
使用催化剂可以加快反应速率,缩短达到平衡的时间,提高单位时间的产量转化率。
催化剂不能使平衡发生移动,不改变反应物的平衡转化率,不改变平衡时各物质的百分含量。
如果改变影响平衡的一个因素,平衡就向着能够 这种改变的方向移动,这就是 ,又称为化学平衡移动原理。
减弱
勒夏特列原理
3. 平衡移动的结果只能减弱(不可能抵消)外界条件的变化。
1. 影响平衡的因素只有浓度、压强、温度三种
2. 原理的适用范围是只有一项条件变化的情况(温度或压强或一种物质的浓度),当多项条件同时发生变化时,情况比较复杂;
六、勒夏特列原理(适用于已达平衡的体系)
增谁减谁
增(减)者必增(减)
移动方向:
移动结果:
总结
减谁增谁
4. 适用范围:勒夏特列原理适用于任何动态平衡体系(如:溶解平衡、电离平衡等),未平衡状态不能用此来分析
原平衡(100℃)
升温到200℃
减弱(降温)
吸热反应方向移动
新平衡(温度介于100-200℃之间)
平衡移动的结果:
“减弱”外界条件的影响,而不能“消除”外界条件的影响。
1. 下列事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A.溴水中存在Br2+H2O ⇌HBr+HBrO,加入AgNO3溶液,溴水褪色
B.对于平衡2SO2+O2 ⇌2SO3,使用催化剂有利于SO3的合成
C.夏天打开汽水瓶时会从瓶口逸出气体
D.合成氨时适当增大压强有利于提高氮气的转化率
B
2.已知:A(g)+2B(g) ⇌ 3C(g) ΔH<0,向一恒温恒容的密闭容器中充入1 mol A和3 mol B发生反应,t1时达到平衡状态I,在t2时改变某一条件, t3时重新达到平衡状态Ⅱ,正反应速率随时间的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.容器内压强不变,表明反应达到平衡
B.t2时改变的条件:向容器中加入C
C.t2时改变的条件:升高温度
D.平衡常数K:K(Ⅱ)<K(I)
B
2 .在一定温度下的可逆反应:mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g),生成物C的体积分数与压强p1和p2、时间的关系如图所示,则下列关系正确的是( )
①p1>p2 ②p1<p2
③m+n>p+q ④m+n=p+q
⑤m+n<p+q
A.①③ B.②③
C.②⑤ D.①④
C
3. 已知反应3A(g)+B(g) ⇌2C(g)+2D(g) ΔH<0,右图中,a、b曲线分别表示在不同条件下,A与B反应时D的体积分数随时间t的变化情况。若想使曲线b(实线)变为曲线a(虚线),可采取的措施是( )
①增大A的浓度 ②升高温度 ③增大D的浓度 ④加入催化剂 ⑤恒温下,缩小反应容器体积 ⑥加入稀有气体,保持容器内压强不变
A.①②③ B.④⑤
C.③④⑤ D.④⑤⑥
B
4.在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g) ⇌ Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示,下列叙述正确的是( )
A.正反应的活化能大于逆反应的活化能
B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)= b/t1 mol·L-1·min-1
C.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率增大
D.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
E.M点的正反应速率大于N点的逆反应速率
CE
Lavf58.29.100
Packed by Bilibili XCoder v2.0.2
Lavf60.4.100
Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.4
Lavf58.29.100
Packed by Bilibili XCoder v2.0.2
$