第20讲 化学平衡的移动 一、一、 影响化学平衡移动的因素影响化学平衡移动的因素 1化学平衡的移动：对一个可逆反应，达到化学平衡状态以后，反应条件(如温度、浓度、压强等)发生改变，平衡混合物里各组分的浓度随之改变而达到新的平衡。我们把可逆反应中旧化学平衡的破坏，新化学平衡的建立过程，叫做平衡的移动。 2化学平衡移动的原因：条件改变，引起v(正)v(逆)，速率发生相对改变，平衡才能移动。 3当改变反应条件后，平衡移动的方向规定： v(正)v(逆)，平衡向正反应方向移动； v(正)v(逆)，平衡向逆反应方向移动； v(正)=v(逆)，平衡不移动。 4影响化学平衡移动的因素外界条件的改变对化学平衡的影响实质是通过改变正、逆反应速率来实现的。 浓度变化对化学平衡的影响 在其他条件不变的情况下，增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都使v(正)v(逆)，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，都使v(正)v(逆)，平衡向逆反应方向移动。 压强变化对化学平衡的影响对反应前后气体总体积发生变化的可逆反应，在其他条件不变的情况下，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。 对反应前后气体总体积没有变化的可逆反应，压强的改变只改变反应速率，而不会使化学平衡发生移动；对只有固体或纯液体的可逆来说，压强的改变也不会使化学平衡发生移动。 温度变化对化学平衡的影响在其他条件不变的情况下，升高温度，会使化学平衡向放热反应方向移动。降低温度，会使化学平衡向放热反应方向移动。 特特别别提提醒醒：化学平衡的移动是由正、逆反应速率的相对大小来决定，与正、逆反应速率的增大与减小无关。 二、勒夏特列原理二、勒夏特列原理( (亦称平衡移动原理亦称平衡移动原理) ) 勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 (1)适应范围：只适用于已经达到平衡状态的可逆反应，未达到平衡状态的体系不能用此原理分析。 (2)适应对象：由于勒夏特列原理是浓度、压强和温度等对平衡影响的概括和总结，它也适用于其他平衡体系，如溶解平衡、电离平衡、水解平衡、络合平衡等。 特特别别提提醒醒：不能用勒夏特列原理解释的事实：使用催化剂不能使化学平衡发生移动，只能改变到达平衡的时间，提高单位时间内的产量；对反应前后体积不变的可逆反应，改变压强可以改变化学反应速率，但不能使化学平衡发生移动。考点一 化学平衡移动的判断 例例1 在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应mX(g) nY(g) DH=Q kJ/mol。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示： 下列说法正确的是() Amn BQ0 C温度不变，压强增大，Y的质量分数减少 D体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动C 【解析】本题考查化学平衡移动的有关知识。固定温度条件(比如取100 )讨论气体体积变化对Y浓度的影响：当体积扩大1倍时(压强减小)，若平衡不移动则c(Y)=0.5 mol/L，而实际上为0.75 mol/L，大于0.5 mol/L，这表明平衡是向右移动的，即减小压强平衡右移，这说明正反应是一个体积扩大的反应，mn，A错、C正确。固定体积(如1体积)讨论温度变化对Y浓度的影响，知温度越高，Y浓度越大，说明升高温度平衡正移，正反应是吸热反应，B、D错。 【方法技巧点拨】本题所给数据中，有两个影响Y浓度的条件，分析时可固定一个条件，讨论另一个条件对Y浓度的影响定一讨论法。考点二 化学平衡移动的影响因素 例例2 汽车尾气净化中的一个反应如下： NO(g)+CO(g) N2(g)+CO2(g) DH= -373.4 kJmol-1 在恒容的密闭容器中，反应达到平衡后，改变某一条件，下列示意图正确的是() 【解析】该反应为气体计量数减小的放热反应。升温，平衡逆向移动，生成物浓度减小，反应物浓度增大，平衡常数减小，同时，CO的转化率减小，故A项、B项都错；平衡常数只与温度有关，与物质的量无关，C项正确；增加氮气的物质的量，平衡逆向移动，NO的转化率减小，D项错。【答案】C 【方法技巧点拨】解平衡题要注意：(1)催化剂对化学平衡没有影响，催化剂能同等程度地改变正、逆反应速率，且在速率改变的过程中，始终保持着两者相等，只不过催化剂的使用能使平衡提早建立。(2)不要将平衡的移动和速率的变化混同起来，如平衡正向移动，不一定是v(正)加快，v(逆)减慢。不要将平衡的移动和反应物的转化的提高混同起来，如平衡正向移动，并不是所有反应物的转化率一定提高。考点三 化学平衡图象分析 例例 3 已 知 ： 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g)DH= -1025 kJ/mol，该反应是一个可逆反应。若反应物起始物质的量相同，下列关于该反应的示意图不正确的是() 【解析】首先，据达平衡时间来分析，四个图全部符合：温度越高、压强越大、使用催化剂，可缩短达平衡的时间。其次，由于正反应是放热反应，温度越高，产率越低(即NO的含量越低)，所以A项对、C项错。最后，由于该反应是气体体积增大的，增大压强，平衡左移，NO的含量降低，所以B项正确。【答案】C 【方法技巧点拨】化学平衡图象题的解题思路及方法：(1)一看图象：一看面：即横坐标、纵坐标的量；二看线：即线的斜率大小、平与陡的含义、函数的增减性；三看点：即起点、终点、拐点、交叉点；四看要不要作辅助线：等温线、等压线等；五看量：定量图象中有关量的多少。(2)二想规律：联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响。(3)三判断：认准某些关键数据在解题中的特定作用，全面准确地从图中找出直接或隐含的相差知识。考点四 等效平衡原理应用 例例4 向某密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，发生反应：CO+H2O(g) CO2+H2。当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是()A0.5 mol CO+2 mol H2O(g)+1 mol CO2+1 mol H2B1 mol CO+1 mol H2O(g)+1 mol CO2+1 mol H2C0.5 mol CO+1.5 mol H2O(g)+0.4 mol CO2+0.4 mol H2D0.5 mol CO+1.5 mol H2O(g)+0.5 mol CO2+0.5 mol H2B催化剂高温 【解析】根据“一边倒”的方法先把选项中的投料量统一折算成CO和H2O的物质的量，A中为1.5 mol CO和3 mol H2O，B中为2 mol CO和2 mol H2O，C中为0.9 mol CO和1.9 mol H2O，D为1 mol CO和2 mol H2O。根据等效平衡原理：A中投料比和原来相同，达到平衡时体积分数仍为x，选项B相当于原平衡达到平衡后再充入1 mol CO，因此CO的体积分数将大于x，选项C可看成先充入0.9 mol CO和1.8 mol H2O，达到平衡后再充入0.1 mol H2O，因此CO的体积分数小于x。 【方法技巧点拨】等效平衡原理常应用于以下3个方面：判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态；求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之间的关系式；求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计量数。考点五 化学平衡移动原理 例例5 .恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下发应：A(g)+B(g) C(g) (1)若开始时放入1 mol A和1 mol B，到达平衡后 ， 生 成 a mol C， 这 时 A的 物 质 的 量 为_mol。 (2)若开始时放入3 mol A和3 mol B，到达平衡后，生成C的物质的量为_mol。(1-a) 3a (3)若开始时放入x mol A,2 mol B和1 mol C，到达平衡后，A和C的物质的量分别是y mol和3a mol，则x=_mol，y=_mol。 平衡时，B的物质的量_(选填一个编号) 甲：大于2 mol 乙：等于2 mol 丙：小于2 mol 丁：可能大于、等于或小于2 mol 作出此判断的理由是_。233a 丁 若3a1，B的物质的量小于2 mol；若3a=1，B的物质的量等于2 mol；若3a1，B的物质的量大于2 mol (4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是_。 .若维持温度不变，在一个与(1)反应前起始体积相同、且容积固定的容器中发生上述反应。 (5)开始时放入1 mol A和1 mol B到达平衡后生成b mol C。将b与(1)小题中的a进行比较_(选填一个编号)。 甲：ab 乙：ab 丙：a=b 丁：不能比较a和b的大小C 作出此判断的理由是_。 因为(5)小题中容器容积不变，而(1)小题中容器的容积缩小，所以(5)小题的容器中的压力小于(1)小题容器中的压力，有利于逆向反应，故反应达到平衡后ab。 【解析】(1)A(g)+B(g) C(g) 起始量(mol)11 0 变化量 aa a 平衡后1-a1-a a A的物质的量为(1-a)mol。 (2)在恒温、恒压下，若投入3 mol A和3 mol B，则所占体积为(1)中体积的3倍，由于A、B的投放比例与(1)相同，所达到的平衡状态与(1)相同，C的物质的量为(1)的3倍，即3a mol。 (3)由于达到平衡时C的物质的量为3a mol，说明所达到的平衡状态与(2)中平衡为同一平衡，则若把C的起始量完全转化为A和B，A、B的物质的量应与(2)完全相等。A(g)+B(g)C(g)起始量(mol)x 2 1将C完全转化 x+1 3 0平衡后 y (3-3a) 3a 根据题意有：x+1=3，x=2mol，y=(3-3a)mol，显然平衡时，B的物质的量也为(3-3a)mol。若投入A、B、C三种物质后，平衡不移动，C的物质的量不变，即3a=1 mol时，B的物质的量为2 mol；若平衡向右移动，则3a1 mol，B的平衡量小于2 mol；或平衡向左移动，则3a1 mol，B的平衡量大于2 mol。(4)在(3)的平衡中，再加入3 mol C，所达到的平衡状态与(1)、(2)、(3)皆为等效平衡状态，因此C的物质的量分数为 。 .(5)因为(5)小题中容器容积不变，而(1)小题中容器的容积缩小，所以(5)小题的容器中的压力小于(1)小题容器中的压力，有利于逆向反应，故反应达到平衡后ab。 【方法技巧点拨】 (1)小题达到的平衡是另几小题平衡的标准和参照。由于的反应条件是恒温、恒压，所以只要A、B的物质的量的比为11，或任意量的C(假设C完全转化为A、B，其物质的量的比也是11)，都可以与(1)建立等同平衡，平衡时C的物质的量与起始时A的量成正比(加入的C全部折算成A、B)。考点六 化学平衡的有关计算 例例6 在5 L的密闭容器中充入2 mol A气体和1 mol B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 ，则A的转化率为() A67% B50% C25% D5%B 【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=2.5 mol。 解法一：设达平衡时，B反应了x mol，根据 2A(g)+B(g) 2C(g) 反应前 2 10 变化量 2x x 2x 平衡时 2-2x1-x 2x 则(2-2x)+(1-x)+2x=2.5，x=0.5 a(A)= 100%=50% 解法二：根据反应的差量关系计算。 由：2A(g)+B(g) 2C(g)Dn 2 mol 1 mol 2 mol1 mol 分析可知，反应前后气体物质的量的差量等于反应掉的B的物质的量。 n(B)=Dn=(2+1) mol-2.5 mol=0.5 mol n(A)=2n(B)=1 mol，求得a(A)=50% 【方法技巧点拨】将题给条件中的压强关系转化成气体物质的量关系是解题的基础；解法一是化学平衡计算的基本模式；解法二运用差量法计算可以简化解题过程，提高解题速度，尤其适合于解选择、填空类的计算题。 1.反应CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)DH0，在850 时，K=1，在一个体积可变的密闭容器中充入1.0 mol CO,3.0 mol H2O,1.0 mol CO2和x mol H2，下列说法不正确的是() A900 ，该反应的平衡常数K1 B850 时，若x=5.0 mol，则起始时平衡向逆反应方向移动 C850 时，若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足0x3 D850 时，已知x3，则随着x的增大，H2的转化率一定始终增大D 【解析】本题考查了新信息条件下平衡的判断。题给反应的正反应是一个放热反应，温度升高，平衡向逆反应方向移动，生成物浓度减小，反应物浓度增大，由平衡常数的公式，可知K变小。由题850 时，若x=5.0 mol，则c(CO2)c(H2)=5，c(CO) c(H2O)=3，c(CO2)c(H2)c(CO)c(H2O)，平衡向逆反应方向移动。 2.已知H2(g)+I2(g) 2HI(g)DH0。有相同容积的定容密封容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，相同温度下分别达到平衡。欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度，应采取的措施是() A甲、乙提高相同温度 B甲中加入0.1 mol He，乙不改变 C甲降低温度，乙不变 D甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2C 【解析】在相同条件下，甲、乙容器中达平衡时是等效平衡，欲使HI的平衡浓度甲乙，能使用的方法有：变温：若二者都变化同等温度，必仍是等效平衡(A项错)，可让甲降温使平衡右移(C项对)。变压(不改变物料)：压缩甲，虽平衡不移动，但c(HI)必增大，但该题是容器固定，所以此法不通。改变物料：B项中，充入惰性气体，因容器固定，对各物的浓度没影响，对平衡也没影响，此法不通；若只甲中增加物料(任意一种物质)，不论平衡向哪方移动，平衡时c(HI)必比原平衡大，可达目的；但D项中，甲、乙均增加物料，且二者增量相同，又因反应中H2与I2的系数相同，所以甲与乙增量的功效相同，新平衡后的c(HI)仍相同，不符题意。 3.难挥发性二硫化钽(TaS2)可采用如下装置提纯。将不纯的TaS2粉末装入石英管一端，抽真空后引入适量 碘 并 封 管 ， 置 于 加 热 炉 中 。 其 反 应 为 ：TaS2(s)+2I2(g) TaI4(g)+S2(g)，下列说法正确的是() A在不同温度区域，TaI4的量保持不变 B在提纯过程中，I2的量不断减少 C在提纯过程中，I2的作用是将TaS2从高温区转移到低温区 D该反应的平衡常数与TaI4和S2的浓度乘积成反比1123K1023KC 【解析】高温区，向右反应，生成的TaI4气体流向低温区；低温区，向左反应，TaI4气体生成TaS2固体；一段时间后，杂质留在高温区，TaS2在低温区，从而达到分离效果。不同温度下反应的方向不同，TaI4的量与温度高低有关并非保持不变，A错误。因为是在同一密闭系统中，从质量守恒定律可知：I2的量不可能不断减少，而是充当一个“搬运工”的角色，将TaS2从高温区转移到低温区，B错误、C正确。平衡常数与TaI4和S2的浓度乘积成正比，D错误。 4.(2011四四川川)可逆反应X(g)+2Y(g) 2Z(g)，2M(g) N(g)+P(g)分别在密闭容器的两个反应室中进行，反应室之间有无摩擦、可滑动的密封隔板。反应开始和达到平衡状态时有关物理量的变化如图所示： 下列判断正确的是() A反应的正反应是吸热反应 B达平衡()时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为1415 C达平衡()时，X的转化率为 D在平衡()和平衡()中，M的体积分数相等C 【解析】温度降低时，反应中气体的物质的量减少，说明平衡向正反应方向移动，因此正反应是放热反应；由图可以看出达到平衡()时体系的压强与反应开始时体系的压强之比为 = ；同理可以计算出达到平衡()时反应中气体的物质的量是 = mol，即物质的量减少了3 = mol，所以达到平衡()时，X的转化率为 ；由于温度变化反应的平衡已经被破坏，因此在平衡()和平衡()中M的体积分数不相等。 5.一定温度下，在恒容密闭容器中N2O5可发生下列反应：2N2O5(g) 4NO2(g)+O2(g)DH0 下表为反应在T1温度下的部分实验数据：t/s05001000c(N2O5)/molL-15.003.522.48 下列叙述中正确的是() A反应达平衡后，若再通入一定量氮气，则N2O5的转化率将增大 B500 s内N2O5的分解速率为0.00296 mol/(Ls) C在T2温度下，反应1000 s时测得NO2的浓度为4.98 molL-1，说明该条件下N2O5的转化率增大 D在T2温度下，反应1000 s时测得NO2的浓度为4.98 molL-1，则T2大于T1B 【解析】在恒容条件下通入不参与反应的N2，由于反应物和生成物的浓度均没有发生变化，即化学反应速率不变，化学平衡不发生移动，因此N2O5的转化率不变。500 s内N2O5的浓度减少了1.48 molL-1，因此有v(N2O5)=1.48 molL-1/500s=0.00296 mol/(Ls)。T1温度下反应至1000 s时c(N2O5)减少了2.52 molL-1，根据化学方程式可知c(NO2)增加了5.04 molL-1，现在T2温度下，反应至1000 s时测得NO2的浓度为4.98 molL-1，说明该条件下N2O5的转化率下降，考虑到该反应是吸热反应，因此有T2T1。 6.将等物质的量的F2和ClF混合，在密闭容器中发生反应：F2(g)+ClF(g) ClF3(g)DH0。下列叙述中，正确的是(双选)() A恒温恒容时，当ClF转化40%时，容器内的压强为初始时的0.8倍 B若c(F2)c(ClF)c(ClF3)=111，则反应一定达到平衡状态 C达到平衡后，若增大容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡左移 D平衡后再降低温度，保持恒容，达到新的平衡，则混合气体的平均摩尔质量增大AD 【解析】经计算A正确，B不是平衡状态的标志；C若增大容器体积即减压，正、逆反应速率均减小；D降低温度，平衡正向移动，气体分子数减少，平均摩尔质量增大。 7.()如图所示，甲、乙之间的隔板K和活塞F都可左右移动，甲中充入2 mol A和1 mol B，乙中充入2 mol C和1 mol He，此时K停在0处。在一定条件下发生可逆反应：2A(g)+B(g) 2C(g)；反应达到平衡后，再恢复至原温度。 回答下列问题： (1)可根据_现象来判断甲、乙中反应都已达到平衡。 (2)达到平衡时，隔板K最终停留在0刻度左侧a处，则a的取值范围是_。 ()若一开始就将K、F固定，其他条件均同()，则达到平衡时： (1)甲、乙中C的物质的量的关系是甲_乙(填“”或“”或“=”)； (2)如果测得甲中A的转化率为b，则乙中C的转化率为_。K、F不再移动 0a2 = 1-b 【解析】 ()(1)达到平衡时即达到了表观静止状态，即装置中的活塞K与F均不再移动； (2)甲中的气体若不转化，则气体的物质的量最大为3 mol，即停留在“0”刻度处，若甲中的A、B气体全部转化为C，则气体物质的量变为2 mol，则活塞K应停留在“2”的位置，所以0a2； ()(1)假设甲投入2 mol A和1 mol B，乙中投入2 mol C达平衡时两容器内是等效的，即平衡时C的物质的量相等，然后再向乙容器中投入1 mol He，由于是恒容容器，且He不参与反应，故乙平衡不移动，则甲、乙两容器中的C的物质的量仍相等； (2)若甲中A的转化率为b，则平衡时生成C的物质的量为2b，由于甲、乙完全等效，则乙容器中C的物质的量也为2b，即C的转化率= =1-b。