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影响化学平衡移动的因素

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如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强、温度),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动,即勒沙特列原理(也叫化学平衡移动原理)。本文结合2012高考真题对浓度、压强、温度等外界条件对化学平衡移动的影响加以分析。

1. 浓度对化学平衡的影响

当其它条件不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度,使化学平衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度,使化学平衡向逆反应方向移动。

例1 合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经过多步反应制得,其中的一步反应为: CO(g)+H2O(g)[催化剂]CO2(g)+H2(g) ΔH?< 0,反应到达平衡后,为提高CO的转化率,下列措施中正确的是( )

A.增加压强 B.降低温度

C.增大CO的浓度 D.更换催化剂

解析 CO(g)+H2O(g)[催化剂]CO2(g)+H2(g)是一个气体总体积不发生改变的反应,增大压强,平衡不移动,CO的转化率不变,A项错误;反应是放热反应,降低温度平衡向放热的方向移动,B项正确;增大CO 的浓度,平衡向正反应方向移动,H2O的转化率增大,CO自身的转化率降低,C项错误;催化剂对化学平衡没有影响,D项错误。

答案 B

例2 在一个不导热的密闭反应器中,只发生两个反应:A(g)+B(g)?2C(g) ΔH0。进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功),下列叙述错误的是( )

A.等压时,通入惰性气体,C的物质的量不变

B.等压时,通入Z气体,反应器中温度升高

C.等容时,通入惰性气体,各反应速率不变

D.等容时,通入Z气体,Y的物质的量浓度增大

解析 假定前者为反应Ⅰ,后者为反应Ⅱ。反应Ⅰ与反应Ⅱ为相关反应,一个反应平衡的移动会对另一个反应产生影响。等压时,充入惰性气体,反应Ⅱ逆向移动,使体系温度升高,而升温使反应Ⅰ平衡逆向移动,n(C)减小,故A项错误;等压时,通入Z气体,c(Z)增大,而容器体积增大使得c(X)、c(Y)减小,二者均使平衡逆向移动,而逆反应为放热反应,故反应器中温度升高,B项正确;等容时,通入惰性气体,各组分浓度均保持不变,故反应速率不变,C项正确;等容时,通入Z气体,c(Z)增大, 反应Ⅱ平衡逆向移动,n(Y)增大,c(Y)增大,故D项正确。

答案 A

2. 压强对化学平衡的影响

当其它条件不变时,增大压强平衡向气体体积缩小的方向移动;减小压强平衡向气体体积增大的方向移动。如果反应前后气体体积没有变化的反应,改变压强不会使平衡移动。

例3 已知2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g) ΔH=-197 kJ・mol-1,向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体:(甲)2 mol SO2和1 mol O2;(乙) 1 mol SO2 和0.5 mol O2;(丙) 2 mol SO3;恒温、恒容下反应达平衡时,下列关系一定正确的是( )

A.容器内压强P: P甲=P丙>2P乙

B.SO3的质量m: m甲=m丙>2m乙

C.c(SO2)与c(O2)之比k: k甲=k丙>k乙

D.反应放出或吸收热量数值Q: Q甲=Q丙>2Q乙

解析 等效平衡中的“等效”指平衡体系中的各种性质( 各对应物的浓度、积分数、转化率、物质的量) 是完全相同的。类似于数学中的全等三角形,也可叫“ 全等平衡”。甲和乙容器内的平衡是完全相同的平衡(等同平衡),各物理参数都相同(热量除外)。甲和乙的比较可用下图处理帮助理解 [2 mol SO2

1 mol O2] [1 mol SO2

0.5 mol O2] [2 mol SO2

1 mol O2] [变化1] [变化2] [1 mol SO2

0.5 mol O2];即甲相对于乙加压,平衡正向移动。P甲2m乙,k甲

答案 B

例4 温度为T时,向2.0 L恒容密闭容器中充入1.0 mol PCl5,反应PCl5(g)?PCl3(g)+Cl2(g)经一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:

下列说法正确的是( )

A. 反应在前50 s的平均速率为v(PCl3)=0.0032 mol・L-1・s-1

B. 保持其他条件不变,升高温度,平衡时,c(PCl3)=0.11 mol・L-1,则反应的ΔH

C. 相同温度下,起始时向容器中充入1.0 mol PCl5、0.20 mol PCl3和0.20 mol Cl2,达到平衡前,v(正)>v(逆)

D. 相同温度下,起始时向容器中充入2.0 mol PCl3、2.0 mol Cl2,达到平衡时,PCl3的转化率小于80%

解析 A项,反应在前50 s内的平均速率应该是前50 s内PCl3浓度变化与时间的比值,而不是PCl3物质的量的变化与时间的比值。B项,相当于平衡时n(PCl3)为0.22 mol,即升温平衡正向移动,正反应方向为吸热。C项,相同温度下,起始时向容器中充入1.0 mol PCl5、0.20 mol PCl3和0.20 mol Cl2,应先求平衡常数K为0.025,再求浓度商(Qc)为0.02, K>Qc,说明平衡向正反应方向移动。D项,从等效平衡的角度,先建立原容器两倍关系的模型,即与原平衡完全等效,再把容器两倍关系压缩成原容器,即相当于加压则平衡向逆反应方向移动,PCl3的转化率应大于80%。

答案 C

3. 温度对化学平衡的影响

当其它条件不变时,温度升高,会使化学平衡向吸热反应的方向移动;温度降低,会使化学平衡向放热反应的方向移动。

例5 一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中硫的回收:SO2(g)+2CO(g)[催化剂]2CO2(g)+S(l) ΔH

A.平衡前,随着反应进行,容器内压强始终不变

B.平衡时,其他条件不变,分离出硫,正反应速率加快

C.平衡时,其他条件不变,升高温度可提高SO2的转化率

D.其他条件不变,使用不同催化剂,该反应平衡常数不变

解析 因反应前后气体分子数不等,平衡前容器内的压强逐渐变小,A项错误;硫为固体,减少其量不影响化学反应速率,B项错误;升温向着吸热方向移动即平衡左移,SO2的转化率降低,C项错误;只有温度改变,才能影响反应的平衡常数,而且催化剂同等程度改变正、逆反应速率平衡不移动,故D项正确。

答案 D

己知A(g) + B(g)?C(g) + D(g)反应平衡常数和温度的关系如下:

练习

回答下列问题:

(1)该反应的平衡常数表达式K= ,ΔH= 0(填“”“=”)。

(2)830 ℃时,向一个5 L的密闭容器中充入0.20 mol的A和0.80 mol的B,如反应初始6 s内A的平均反应速率v(A)=0.003 mol・L-1・s-1,则6 s时c(A) = mol・L-1,C的物质的量为 mol;若反应经一段时间后,达到平衡时A的转化率为 ,如果这时向该密闭容器中再充入1 mol氩气,平衡时A的转化率为 。

(3)判断该反应是否达到平衡的依据为 (填正确选项前的字母)。

a.压强不随时间改变

b.气体的密度不随时间改变

c.c(A)不随时间改变

d.单位时间里生成C和A的物质的从相等

(4)1200 ℃时反应C(g)+D(g)?A(g)+B(g)的平衡常数的值为 。

参考答案

(1)< (2)0.022 mol・L-1 0.09mol 80% 80% (3)c (4)2.5