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从“变”到“不变”的化学平衡判断法

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化学平衡状态是指一定条件下的可逆反应里,正反应速率=逆反应速率,反应混合物中各组分的含量保持不变的状态。怎么具体判断呢?我们通常把它认真仔细的分类逐条归纳辨析。有时侯同学们还是迷惑,走进题分析,跳出题总结,其实它遵守从“变”到“不变”是平衡的原理

例1、可逆反应:2SO3(g)= 2SO2(g) + O2(g),在体积固定的密闭容器中,达到平衡状态的标志是 (A )

A 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol SO3

B 单位时间内生成n mol O2的同时生成2n mol SO2

C 用SO3、SO2、O2表示的反应速率的比为2 : 2 : 1的状态

分析:A中正向建立平衡时SO3减少量大于生成量,O2的生成量大于减少量,当二者的变化量比等于系数比时,说明变化等量。属于从“变”到“不变”的化学过程,所以是平衡;B 中O2与SO2的生成关系一直都是1:2。C中从开始SO3、SO2、O2三种物质的反应速率比一直就是这个值,属于从“不变”到“不变”故不是平衡。

我们再来分析其他情况:设反应物为NO2,如容器中颜色不再变化;容器内,气体压强不再变化;NO2(NO、O2)的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度保持不变;总物质的量、总压强(恒温、恒容)、平均摩尔质量、混合气体的密度(恒温、恒压)保持不变;反应物的转化率、产物的产率保持不变,都可用来判断象上述左右两边气体系数不等的可逆反应,因为他们都经历了从“变”到“不变”的化学过程。颜色从深到浅至不变;气体总压强从小到大至不变;NO2的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度从多到少至不变(NO、O2反之);总物质的量、总压强(恒温、恒容)也符合。 特别注意: 混合气体的密度ρ=m/V ,所以在使用这个因素做判断时得注意是;恒温、恒压才适用,因密闭容器质量守衡不变,体积从“变”到“不变”才会使密度从“变”到“不变”

具体做题要特别注意哪些是可变量,哪些是不变量。

一、密度

ρ密度=质量/体积

例题:可逆反应:2NO2(g) =2NO(g) + O2(g),在体积固定的密闭容器中,密度保持不变不是平衡状态,而在压强固定的密闭容器中,则是平衡状态

原因:该反应左右两边气体系数不相等,在恒定体积时,反应物生成物都是气体,总质量保持不变,所以体积、质量都是不变量,所以不能判断是否为平衡状态。而在恒定压强时,体积可变。当体积不变时、密度就不再变化,属于从“变”到“不变”是平衡的原理

练习;可逆反应2HI(g)= H2(g)+I2(g)中,恒定压强下密度保持不变能否判断是平衡状态( 否 )

可逆反应C(s)+H2O(g)= CO(g)+H2(g),在恒定体积下发生反应,某时刻发现密度保持不变能否判断达到平衡状态。(能)

在一恒定压强下的密闭容器中加入1molC(s)和1mol H2O(g)发生如下反应:C(s)+H2O(g)= CO(g)+H2(g),某时刻密度保持不变能否判断达到平衡状态。(能)

原因:反应开始时气体相对分子质量为18g/mol,(注意C(s))假设完全生成CO(g)和H2(g)时平均相对分子质量为15g/mol。所以随着反应的进行密度在减小,所以密度从“变”到“不变”就是平衡

二、各组分的含量

在可逆反应中,反应混合物中各组分的含量保持不变的状态是平衡态,故参与反应的任何物质的物质的量(分子数)、质量、质量分数、体积、体积分数保持不变,都能判断已经达到平衡状态。n总保持不变能否判断是否为平衡状态?就不能一概而论了。左右两边气体系数和不等的反应,就能判断已达平衡状态,左右两边气体系数相等的反应则不能。

在恒压下的体积判断同上(在下题中有涉及)

三、平均相对分子质量

M=总质量m/总物质的量n

例题:在恒温恒压下(或恒温恒容下)发生2HI(g)= H2(g)+I2(g),某时刻发现平均相对分子质量保持不变能否判断达到平衡状态。(否)

解析:质量不变、物质的量不变,所以平均相对分子质量也保持不变。

总结:在反应前后气体的系数不发生变化的反应中,不管是恒温恒压还是恒温恒容下,平均相对分子质量不变的状态不一定是化学平衡,因为它是从“不变”到“不变”故不能判断

练习:在恒温恒压下发生3A(s)+3B(g)= 2C(g)+D(g)反应,某时刻发现平均相对分子质量保持不变能否判断达到平衡状态。(能)

解析:质量变化,而物质的量不变,所以M是变化的。符合从“变”到“不变”故能判断

练习:在恒温恒容下发生N2(g)+3H2(g)= 2NH3(g)反应,某时刻发现平均相对分子质量保持不变能否判断达到平衡状态。(能)

练习:在恒温恒容下发生3A(s) =C(g)+2D(s)反应,某时刻发现平均相对分子质量保持不变能否判断达到平衡状态。(否)

解析:该反应中,虽然气体质量变化、物质的量也变,但是气体只有一种它的平均相对分子质量是个恒定值。

四、压强

P=nRT/V (该式子中R、T、V都是恒定量)

在恒温恒容条件下,左右两边气体系数相等,就不能用压强来判断;左右两

五、温度

任何化学反应都伴随着能量变化,当体系温度一定时肯定是平衡状态。

六、颜色

颜色的深浅代表着有色物质的浓度大小

在恒温恒容下发生反应2HI(g)= H2(g)+I2(g) 颜色不变,是否是平衡(是)

上述反应在恒温恒压下,颜色不变。是否是平衡(不一定)

解析:颜色深浅代表I2浓度大小,颜色不变就意味着I2浓度不变,在恒温恒容下可以判断平衡状态。但在恒温恒压下,颜色不变,有可能是改变体积时的密度变化引起颜色变化,或同时改变I2气体量引起的。

练习:在体积固定的密闭容器中发生可逆反应:2NO2(g) =2NO(g) + O2(g),某时刻颜色不变能否判断是否为平衡状态(能)

七、转化率

任何物质的转化率不再改变都能判断已达平衡状态。

总之:能变的量保持不变即从“变”到“不变”说明已达平衡。