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(共82张PPT)
第二节　化学平衡　
第2课时　影响化学平衡的因素
课前·基础认知
一、化学平衡的移动
1.含义。
在一定条件下,当一个可逆反应达到平衡后,如果改变浓度、压强、温度等反应条件,原来的平衡状态会被破坏,平衡体系的物质组成也会随着改变,直至达到新的平衡,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。
2.图示。
微思考1改变条件,v正、v逆均改变,平衡一定移动吗
提示:不一定。v正、v逆改变后不再相等则平衡发生移动,但如果是同等程度改变,改变后满足v正=v逆,则平衡不发生移动。
二、外界条件对化学平衡的影响
1.浓度对化学平衡的影响。
(1)按表中实验操作步骤完成实验,观察实验现象,将有关实验现象及其结论填入表中:
实验
原理 Fe3+　+　3SCN- Fe(SCN)3
(浅黄色)　(无色)　　(红色)
实验
操作
现象与
结论 b中溶液颜色变浅,平衡向
逆反应方向移动 c中溶液颜色变深,平衡向正反应方向移动
理论
解释 发生反应Fe+2Fe3+===3Fe2+, Fe3+浓度减小,
Q=
增大,Q>K,平衡向逆反应方向移动 c(SCN-)增大,
Q=
减小,Q(2)影响规律。
①增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动。
②减小反应物浓度或增大生成物浓度,平衡向逆反应方向移动。
(3)利用浓度商Q与平衡常数K的大小关系判断平衡移动方向。
①当Q = K时,可逆反应处于平衡状态;
②当Q < K时,化学平衡向正反应方向移动,直至达到新的平衡状态;
③当Q > K时,化学平衡向逆反应方向移动,直至达到新的平衡状态。
2.压强对化学平衡的影响。
(1)用50 mL注射器吸入20 mL NO2和N2O4的混合气体,按表中实验操作步骤完成实验,观察实验现象,将有关实验现象
及其结论填入表中:
实验
原理 2NO2(g) N2O4(g)
(红棕色)　　(无色)
实验
步骤
活塞Ⅱ处→Ⅰ处,压强增大 活塞Ⅰ处→Ⅱ处,压强减小
实验
现象 混合气体的颜色先变深又逐渐变浅 混合气体的颜色先变浅又逐渐变深
实验
结论 活塞往里推,管内容积减小,气体的压强增大,c(NO2)增大,颜色变深,但颜色又逐渐变浅,说明c(NO2)减小,平衡向
正反应方向移动。
活塞往外拉,管内容积增大,气体的压强减小,c(NO2)减小,颜色变浅,但气体颜色又逐渐变深,说明c(NO2)增大,平衡向逆反应方向移动
(2)影响规律。
当其他条件不变时:
①若为体积不等的反应,如2NO2(g) N2O4(g):
增大压强(减小容器的容积),平衡向气体体积缩小的方向移动;
减小压强(增大容器的容积),平衡向气体体积增大的方向移动。
②若为等体积反应,如H2(g)+I2(g) 2HI(g):
增大压强时,v正、v逆同等程度地增大;减小压强时,v正、v逆同等程度地减小,平衡均不发生移动。
微思考2对于只有固体或液体参加的反应,体系压强的改变能使化学平衡状态发生变化吗
提示:不能。
3.温度对化学平衡的影响。
(1)按表中实验步骤要求完成实验,观察实验现象,填写下表:
实验
原理 2NO2(g) N2O4(g)　ΔH=-56.9 kJ·mol-1
(红棕色)　 (无色)
实验
步骤
实验
现象 热水中混合气体颜色加深;冰水中混合气体颜色变浅
实验
结论 混合气体受热颜色加深,说明NO2浓度增大,即平衡向
逆反应方向移动;混合气体被冷却时颜色变浅,说明NO2浓度减小,即平衡向正反应方向移动
(2)影响规律。
①升高温度,平衡向吸热反应的方向移动;
②降低温度,平衡向放热反应的方向移动。
4.勒夏特列原理。
如果改变影响平衡的一个因素(如温度、压强及参加反应的物质的浓度),平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。
5.催化剂对化学平衡的影响规律。
当其他条件不变时,催化剂不能改变达到化学平衡状态时反应混合物的组成,但是使用催化剂能改变反应达到化学平衡所需的时间。
微判断(1)合成氨反应,使用催化剂可以促进平衡向生成氨的方向移动,因此可以用勒夏特列原理解释使用催化剂的原因。
(　　)
(2)若改变外界条件,引起化学平衡向正反应方向移动,反应物的转化率一定变大。(　　)
(3)在平衡体系FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl中加入少量铁粉,平衡向左移动,溶液的颜色变浅。(　　)
(4)对于平衡体系2NO2(g) N2O4(g),压缩容器容积,增大压强,平衡向右移动,混合气体的颜色变浅。(　　)
×
×
√
×
微训练1.现有反应X(g)+Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。下图表示从反应开始到t1 时刻达到平衡,在t2时刻由于条件变化使平衡破坏,到t3时刻又达平衡。在图中t2时刻改变的条件可能是
(　　)。
A.增大压强
B.使用了催化剂
C.降低温度
D.减小了X或Y的浓度
C
解析:增大压强,平衡不移动,改变条件瞬间X、Y、Z的浓度应增大,A项错误。使用了催化剂,平衡不移动,X、Y、Z的浓度应不变,B项错误。该反应ΔH<0,降低温度,平衡向正反应方向移动,X或Y的浓度减小,Z的浓度增大,图像符合,C项正确。若减小X或Y的浓度,平衡向逆反应方向移动,Z的浓度应减小,D项错误。
2.已知FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl,达到平衡后,进行下列操作,平衡怎样移动
(1)加入少量FeCl3固体:平衡　　　　移动。
(2)加入少量KSCN固体:平衡　　　　移动。
(3)加入少量KCl固体:平衡　　　　移动,其理由是
　。
正向
正向
不
K+和Cl-不参加反应,溶液中Fe3+、SCN-浓度不变
解析:分析给出的化学方程式可知,反应的本质是Fe3++3SCN-
Fe(SCN)3。
(1)加入少量FeCl3固体,溶液中Fe3+浓度增大,即增大了反应物的浓度,故平衡正向移动。
(2)加入少量KSCN固体,溶液中SCN-浓度增大,即增大了反应物的浓度,平衡正向移动。
(3)加入少量KCl固体,溶液中Fe3+、SCN-浓度不变,K+和Cl-不参加反应,即不影响反应物、生成物的浓度,故化学平衡不移动。
课堂·重难突破
一、认识化学平衡图像
问题探究
可逆反应在一定条件下达到的化学平衡状态是有条件的,若外界条件改变引起正反应速率和逆反应速率的改变,并且两者改变的程度不相等,则原来的化学平衡状态会被破坏,将在新的条件下建立新的化学平衡状态,即发生化学平衡的移动。
1.某一可逆反应,在一定条件下达到了化学平衡状态。若化学反应速率改变,化学平衡是否一定发生移动 若平衡发生移动,化学反应速率是否一定发生改变
提示:化学反应速率改变,平衡不一定移动。若速率改变后,v正=v逆,平衡不移动;若v正≠v逆,则平衡发生移动。若平衡发生移动,说明v正≠v逆,即化学反应速率一定发生改变。
2.化学反应达到平衡后,改变温度平衡是否一定发生移动
提示:是。只要升高温度,新平衡状态下的反应速率一定大于原平衡状态下的反应速率,化学平衡向吸热反应方向移动;降低温度,新平衡状态下的反应速率一定小于原平衡状态下的反应速率,化学平衡向放热反应方向移动。
归纳总结
1.应用v-t图像分析外界因素对化学平衡的影响。
以mA(g)+nB(g) pC(g)　ΔH<0且m+n(1)浓度。
①增大反应物A或B的浓度,v正增大的瞬间,v逆保持不变,v'正>
v'逆,平衡向正反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,
v'正、v'逆均变大。如图1所示。
图1
②减小生成物C的浓度,v逆减小的瞬间,v正保持不变,v'正>v'逆,平衡向正反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变小。如图2所示。
图2
③减小反应物A或B的浓度,v正减小的瞬间,v逆保持不变,
v'逆>v'正,平衡向逆反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变小。如图3所示。
图3
④增大生成物C的浓度,v逆增大的瞬间,v正保持不变,v'逆>v'正,平衡向逆反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变大。如图4所示。
图4
(2)压强和温度。
①增大压强(减小容器的容积)或升高温度,v正、v逆均瞬间变大,且v'逆(即v'减、v'吸)大于v'正(即v'增、v'放),平衡向逆反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变大。如图5所示。
图5
②减小压强(增大容器的容积)或降低温度,v正、v逆均瞬间变小,且v'逆(即v'减、v'吸)小于v'正(即v'增、v'放),平衡向正反应方向移动,直至建立新的平衡。新平衡时,v'正、v'逆均变小。如图6所示。
图6
③对于反应mA(g)+nB(g) pC(g),若m+n=p,当反应达到平衡后,其他条件不变,在t1时刻改变压强,图像如图7所示。
t1时刻,若缩小容器容积,压强增大,v'正、v'逆均增大,且v'正=v'逆,平衡不移动,如图7中上线
图7
t1时刻,若增大容器容积,压强减小,v'正、v'逆均减小,且v'正=v'逆,平衡不移动,如图7中下线
(3)使用催化剂(通常指正催化剂),v正、v逆均瞬间变大,且v'正=v'逆,平衡不移动。如图8所示。
图8
2.识别化学平衡图像的方法。
(1)看图像:一看面,即横坐标和纵坐标的含义;二看线,即线的斜率或者趋势;三看点,即曲线上的特殊点,如起点、拐点、交点、终点;四看辅助线,根据需要添加等温线、等压线、平衡线等。
(2)想规律、作判断:联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律,根据图像中表达的关系与规律相对比,作出符合题目要求的判断。
3.解答化学平衡图像题的常用原则。
以可逆反应aA(g)+bB(g) cC(g)为例说明。
(1)“定一议二”原则。
在化学平衡图像中,包括横坐标、纵坐标和曲线所表示的三个量,确定横坐标所表示的量后,讨论纵坐标与曲线的关系;确定纵坐标所表示的量,讨论横坐标与曲线的关系。
(2)“先拐先平,数值大”原则。
在化学平衡图像中,先出现拐点的反应则先达到平衡,先出现拐点的曲线表示的温度较高(图9)或表示的压强较大(图10)。
图9
图10
图9表示T2>T1。升高温度,平衡时C的质量分数减小,故平衡向逆反应方向移动,正反应是放热反应。
图10表示p1c。
典型例题
【例1】 已知:
①N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0
②2NH3(g) N2(g)+3H2(g)　ΔH>0
其中v-t图像如下图所示。
(1)对于反应①:
t1时刻改变的条件为　　　　　　　　;
t2时刻改变的条件为　　　　　　　　。
(2)对于反应②:
t1时刻改变的条件为　　　　　　　　;
t2时刻改变的条件为　　　　　　　　。
增大压强　
解析:t1时刻反应速率增大,说明是升高温度或增大压强;而t2时刻反应速率减小,说明是降低温度或减小压强。
降低温度
升高温度　
减小压强
【拓展延伸】 对于反应①,以上条件的改变对反应物转化率有什么影响
答案:对于反应①,增大压强或降低温度,平衡正向移动,反应物转化率增大;升高温度或减小压强,平衡逆向移动,反应物转化率减小。
【例2】 将1 mol M和2 mol N置于容积为2 L的恒容密闭容器中,发生反应:M(g)+2N(g) P(g)+Q(g)　ΔH。反应过程中测得Q的体积分数在不同温度下随时间的变化如图所示。下列结论正确的是(　　)。
A.ΔH>0
B.温度:T1>T2
C.温度为T1时,M的平衡转化率为20%
D.若X、Y两点的平衡常数分别为K1、K2,则K1>K2
D
解析:由题干图像信息可知,Y曲线即T2温度下先达到平衡,故T2温度下反应速率更大,则T2>T1,即温度越高Q的体积分数越小,说明升高温度平衡逆向移动,正反应是一个放热反应,即ΔH<0,A项错误、B项错误。由题干信息可知,温度为T1时Q的体积分数为20%,列三段式分析:
M(g)+2N(g) P(g)+Q(g)
起始量/mol 1 2 0 0
转化量/mol x 2x x x
平衡量/mol 1-x 2-2x x x
二、平衡移动的规律及转化率的变化
问题探究
生命过程与化学平衡移动密切相关。例如,在人体内血红蛋白与氧气的结合过程中就涉及化学平衡的移动。人体中的血红蛋白分子(Hb)与氧气结合,形成氧合血红蛋白分子——Hb(O2),这一过程可以表示为Hb+O2 Hb(O2)。煤气中的CO也能与血红蛋白分子结合,即Hb+CO Hb(CO)。一氧化碳与血红蛋白结合的能力比氧气分子强。
1.阅读材料并解释为什么空气中一氧化碳浓度增大时人体会发生一氧化碳中毒
提示:空气中一氧化碳浓度增大时,更多的Hb(CO)取代Hb(O2),造成人体缺氧,导致一氧化碳中毒。
2.思考并讨论如何利用平衡移动原理设计合理的方法救治一氧化碳中毒的患者 简述你的理由。
提示:如果有人一氧化碳中毒,应立即切断一氧化碳来源并将中毒者移至空气流通处,必要时可以将其放到高压氧舱中,增大氧气浓度。
3.对于反应:①2SO3(g) 2SO2(g)+O2(g),②2NO2(g) N2O4(g),③2HI(g) H2(g)+I2(g),建立平衡后,保持温度不变,增大反应物浓度,转化率如何变化
提示:①减小,②增大,③不变。
归纳总结
1.勒夏特列原理的理解及应用。
(1)适用范围:适用于任何动态平衡体系,非平衡状态不能用此来分析。
(2)平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。
①从定性角度看,平衡移动的方向为减弱外界条件变化的方向,如增大反应物浓度,平衡就向减弱这种改变(反应物浓度减小)的方向移动;增大压强,平衡就向气体体积缩小即气体的物质的量减小、压强减小的方向移动;升高温度,平衡就向吸热
反应即使温度降低的方向移动。这种移动可以理解为与条件改变“对着干”。
②从定量角度看,平衡移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能完全抵消外界条件的变化。如向平衡体系N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(平衡时,N2、H2、NH3的物质的量分别为a mol、b mol、c mol)中又充入d mol N2,则达到新平衡时,n(N2)的取值范围为a mol2.转化率的变化。
(1)对两种或两种以上的反应物,增大一种反应物的浓度,平衡向正反应方向移动,反应物本身的转化率降低,其他反应物的转化率增大。
(2)若改变温度或压强,使平衡向正反应方向移动,反应物的转化率增大。
(3)对于可逆反应aA(g) bB(g)+cC(g),A分解建立平衡后,保持温度不变,增大A的浓度,平衡正向移动。当a=b+c时,α(A)不变,φ(A)不变;a>b+c时,α(A)增大,φ(A)减小;a(4)若反应物不止一种物质,如aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g),在恒温恒容条件下,若按原比例(或投料比)同倍数增加A和B,平衡正向移动,但反应物(A或B)的转化率等效于压强对平衡的影响。
气体计量数关系 A(或B)的转化率
a+b=c+d 不变
a+b>c+d 增大
a+b典型例题
【例3】 将等物质的量的X、Y气体充入某密闭容器中,在一定条件下,发生反应并达到平衡:X(g)+3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0。当改变某个条件并维持新条件直至新的平衡时,表中关于新平衡与原平衡的比较正确的是(　　)。
选项 改变条件 新平衡与原平衡比较
A 升高温度 X的转化率变小
B 增大压强(减小容器的容积) X的浓度变小
C 恒容条件下,充入一定量Y Y的转化率增大
D 使用适当催化剂 X的体积分数变小
A
解析:升高温度,平衡逆向移动,X的转化率变小,A项正确。增大压强,平衡正向移动,但容器的容积减小,X的浓度增大,B项错误。充入一定量Y,X的转化率增大,而Y的转化率减小,C项错误。使用适当催化剂,只能增大反应速率,不能使平衡发生移动,X的体积分数不变,D项错误。
【拓展延伸】 对于反应X(g)+3Y(g) 2Z(g)　ΔH<0,建立平衡后增大X的转化率的方法有哪些
答案:增大Y的浓度、增大压强、降低温度等。
【例4】 温度为T ℃,向容积不等的恒容密闭容器中分别加入足量活性炭和1 mol NO2,发生反应: 2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)。反应相同时间,测得各容器中NO2的转化率与容器容积的关系如图所示。
D
解析:由图可知,b点NO2的转化率最高,而ab曲线上对应容器的容积均小于V2 L,起始投料相同,则NO2的起始浓度均大于b点,ab曲线上物质的反应速率均大于b点,所以ab曲线上反应均先于b点达到平衡状态,即ab曲线上反应均达到平衡状态,由于a点时NO2的转化率为40%,a点反应三段式为
　　 2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)
始/mol 1 0 　 0
转/mol 0.4 0.2 　0.4
平/mol 0.6 0.2 　0.4
中再充入一定量的NO2,相当于增大压强,平衡逆向移动,NO2的平衡转化率减小,即向a点平衡体系中充入一定量的NO2,达到平衡时,NO2的转化率比原平衡小,C项正确。由b点反应列三段式为
　　 2C(s)+2NO2(g) N2(g)+2CO2(g)
始/mol 1 0 　0
转/mol 0.8 0.4 0.8
平/mol 0.2 0.4 0.8
根据A选项中a点反应三段式、b点三段式和pV=nRT可知, paV1=1.2RT,pbV2=1.4RT,由于V2>V1,所以容器内的压强pa∶pb>6∶7,D项错误。
判断化学平衡移动方向的思维流程
成果验收站　
1.反应2A(g) 2B(g)+E(g)　ΔH>0达到平衡时,要使正反应速率减小,A的浓度增大,应采取的措施是(　　)。
A.增大压强 B.减小压强
C.减少E的浓度 D.降低温度
解析:正反应速率减小,可能是减小压强或降低温度,A的浓度增大,说明平衡向逆反应方向移动,只能是降低温度。
D
2.下列事实不能用勒夏特列原理解释的是(　　)。
A.溴水中有化学平衡Br2+H2O HBr+HBrO,当加入硝酸银溶液后,溶液颜色变浅
B.合成氨反应(正反应为放热反应),为提高氨的产率,理论上应采取降低温度的措施
C.反应CO(g)+NO2(g) CO2(g)+NO(g)(正反应放热),平衡后,升高温度体系颜色变深
D.对于2HI(g) H2(g)+I2(g),达到平衡后,缩小容器容积可使体系颜色变深
D
解析:勒夏特列原理用于解释改变条件后化学平衡的移动方向问题,所以必须涉及化学平衡的移动。
B
4.羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂,能防止某些害虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中,CO与H2S发生下列反应并达到平衡:CO(g)+H2S(g) COS(g)+H2(g)。该反应在不同温度下达到化学平衡时,H2S的转化率如图所示。若某温度下反应前CO的物质的量为10 mol,达到平衡时CO的物质的量为8 mol,且化学平衡常数为0.1。
下列说法正确的是(　　)。
A.当体系混合气体的平均相对分子质量不再改变时,能说明该反应达到平衡状态
B.该反应正反应的活化能小于逆反应的活化能
C.由化学方程式计算可知H2S和CO的转化率相等
D.选择合适的催化剂既能增大反应速率,也能提高COS的平衡产率
B
5.一定压强下,向10 L密闭容器中充入1 mol S2Cl2(g)和1 mol Cl2,发生反应:S2Cl2(g)+Cl2(g) 2SCl2(g)。Cl2与SCl2的消耗速率(v)与温度(T)的关系如图所示,以下说法错误的是(　　)。
A.A、B、C、D四点对应状态下,达到平衡状态的是BD点
B.正反应的活化能大于逆反应的活化能
C.达到平衡后再加热,平衡向逆反应方向移动
D.在300 ℃下,达到平衡后缩小容器容积,重新达到平衡后,Cl2的平衡转化率不变
答案:B
解析:反应达到平衡时正、逆反应速率相等,所以Cl2与SCl2的消耗速率之比为1∶2,据图可知BD点满足条件,为平衡状态,A项正确。据图可知BD点之后继续升高温度,SCl2的消耗速率变大得更多,即逆反应速率大于正反应速率,平衡逆向移动,所以正反应为放热反应,ΔH<0,正反应的活化能小于逆反应的活化能,B项错误,C项正确。该反应前后气体化学计量数之和相等,压强不影响平衡,氯气的平衡转化率不变,D项正确。
6.已知反应COCl2(g) CO(g)+Cl2(g)　ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施能提高COCl2转化率的是(　　)。
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
A.①②④ B.①④⑥
C.②③⑤ D.③⑤⑥
B
解析:该反应的正反应是气体体积增大的吸热反应,所以升温和减压均可以促使反应正向移动。恒压通入惰性气体,相当于减压,使平衡正向移动。恒容通入惰性气体与加催化剂均对平衡无影响。增加CO的浓度,将导致平衡逆向移动。
7.已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-197.8 kJ·mol-1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1,且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表:
温度/K 压强/(×105Pa)
1.01 5.07 10.1 25.3 50.7
673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9
723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6
773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0
下列说法不正确的是(　　)。
A.一定压强下降低温度,SO2的转化率增大
B.在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D.工业生产通常不采取加压措施,是因为常压下SO2的转化率已相当高
B
解析:A项,根据表格信息,压强一定时,温度越低,SO2的转化率越大,正确。B项,不同的温度、压强下,反应速率不确定,故转化相同的SO2所需时间无法确定,错误。C项,使用催化剂降低反应的活化能,增大反应速率,可以缩短达到平衡所需的时间,正确。D项,根据表格数据可以看出,常压下SO2的转化率已相当高,正确。
8.现有反应:mA(g)+nB(g) pC(g),达到平衡后,若升高温度,B的转化率增大;若减小压强,混合体系中C的质量分数减小。则:
(1)该反应的逆反应是　　　(填“吸”或“放”)热反应,且m+n
　　　(填“>”“=”或“<”)p。
(2)减压时,A的质量分数　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。
放
>
增大
减小
不变　
变深

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