第48讲 影响化学平衡的因素和平衡转化率-【精梳精讲】2024年高考化学大一轮精品复习课件(新教材)
展开1.掌握外界条件改变对化学平衡的影响和勒夏特列原理。2.掌握新旧平衡状态比较的一般方法和思路。
考点一 化学平衡的移动
考点二 平衡移动方向与转化率的判断
考点一 化学平衡的移动
V′′正=V′′逆≠0
实质引起了V正、V逆的改变
可逆反应中,旧化学平衡被破坏,新化学平衡建立的过程。
(2)根据体系中各组分含量的变化判断
平衡移动的结果,如果是使体系中产物含量(如物质的量、浓度或百分含量等) ,则平衡正向移动;反之则逆向移动。
引起化学平衡移动的外界因素有哪些呢?它们是怎样影响的?
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
①影响平衡的因素只有浓度、压强、温度三种;
②只有一个条件变化的情况(温度或压强或一种物质的浓度),才能应用
③适用对象:所有动态平衡体系(如:溶解平衡、电离平衡等),未平衡状态不能用此来分析
④“减弱”具有双重含义:
(1)平衡移动的方向为减弱外界条件变化的方向
(2)“减弱”并不能抵消,更不能超越这种改变
(多个条件改变就要具体问题具体分析)
即,与外界条件变化对着干
a试管中溶液呈红色,b试管溶液红色变浅,c试管中溶液红色变深
(1)试管b中加少量Fe粉:
2Fe3+ + Fe = 3Fe2+
即,减小c(Fe3+)
C[Fe(SCN)3)减小
其他条件不变时,减小反应物浓度平衡向逆反应方向移动
1.浓度对化学平衡的影响
(2)试管c加4滴1ml/LKSCN溶液:
C[Fe(SCN)3)增大
其他条件不变时,增大反应物浓度平衡向正反应方向移动
(实验活动1 P53-54)
Cr2O72- + H2O 2 CrO42-+2 H+
其他条件不变时,增大生成物浓度平衡向逆反应方向移动
其他条件不变时,减小生成物浓度平衡向正反应方向移动
①改变固态或纯液态的量,化学平衡不移动.
③反应物有两种或两种以上, 增加一种物质的浓度, 该物质的平衡转化率降低, 而其他物质的转化率提高。
②作为离子反应,只有改变实际参加反应的离子浓度,才对平衡有影响。
加入KCl,对平衡无影响。
工业生产时,适当增大廉价反应物浓度来提高另一反应物的转化率,以降低生产成本。
化学平衡向正反应方向移动
化学平衡向逆反应方向移动
&浓度改变时的速率-时间关系图:
1)改变反应物浓度瞬间,只能改变正反应速率 改变生成物浓度瞬间,只能改变逆反应速率
2)新旧平衡速率比较: 增大浓度,新平衡速率大于旧平衡速率 减小浓度,新平衡速率小于旧平衡速率
速率具有连续性,无断点突变
3)改变浓度瞬间, 若v(正)>v(逆),平衡向正反应方向移动 若v(逆)>v(正),平衡向逆反应方向移动
2.压强对化学平衡的影响
【实验2-2】(1)实验操作:用50 mL注射器吸入20 mL NO2与N2O4的混合气体,并将细管端用橡皮塞封闭。然后将活塞向外拉,观察管内混合气体颜色的变化。当反复推拉活塞时,观察管内混合气体颜色的变化。
2NO2(气) N2O4(气)
混和气体颜色先浅后深。
混和气体颜色先深后浅;
气体体积改变的瞬间,首先考虑物质浓度的瞬间改变,其次再考虑平衡的移动
体积缩小一半,压强增大一倍
说明:增大压强,V正、V逆均增大,但增大倍数不一样
正向反应物前的系数大,v正受浓度影响更大,v正增大更多
→平衡向正反应方向移动。
压强对化学平衡的影响V-t关系图
①改变压强的瞬间,速率发生断点突变,不连续。
③无论增压或是降压,V缩变化幅度总是更多
增大压强,新平衡速率大于旧平衡速率减小压强,新平衡速率小于旧平衡速率
对于反应aA(g)+bB(g) cC(g)
对于可逆反应 A(g)+B(g) 2C(g)+D(s)如果增大压强,反应速率是否改变,平衡是否移动?
增大压强, V正、V逆均增大,但增大倍数一样,V´正= V´逆,平衡不移动。
规律:对于反应前后气体体积不变的可逆反应, 改变压强只改变化学反应速率,而对平衡无影响
在其它条件不变的情况下:增大压强,平衡向着气体体积缩小的方向移动;减小压强,平衡向着气体体积增大的方向移动。
归纳整理:压强对化学平衡的影响
规律1:对于反应前后气体体积变化的可逆反应
规律2:对于反应前后气体体积不变的可逆反应
改变压强,正逆反应速率同等程度的改变,因而化学平衡不移动
活塞往里推或往外拉时,气体颜色如何变化?
因I2浓度增大,但平衡不移动
注意:压强的改变必须引起混合物浓度的变化才能使平衡移动
体积压缩到原来一半的瞬间,C(X)=0.2ml/L
C(X)实质是降低,即平衡正向移动。
而缩小体积增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,故A正确
归纳提醒:气体体积改变的瞬间,首先考虑物质浓度的瞬间改变, 其次再考虑平衡的移动
(2)在5X105Pa时,D的状态为____。
压强增大到原来得两倍,而浓度只增加到原来得1.8倍,说明增大压强反应逆反应方向进行。
1)压强从2×105Pa增加到5×105Pa时,平衡移动的方向是 。
理由是 .
D的浓度增大倍数小于压强增大倍数,说明实际上c(D)减小了,平衡逆移
2)压强从5×105Pa增加到1×106Pa时,平衡移动的方向是 。
则a 与d+ c的大小关系为
D的浓度增大倍数大于压强增大倍数,说明此时压强增大使E液化,正反应为气体体积减小的反应,即a > d,平衡正移
在10℃、2×105Pa时,反应: aA(g) dD(g) + cE(g),建立平衡后,再逐步增大体系压强(温度不变),下表列出了不同压强下平衡时物质D的浓度.根据表中数据回答下列问题:
①压强从2×105Pa增加到5×105Pa时,平衡 (正向、逆向、不)移动。
系数 a d+ c (=、>、<)
②压强从5×105Pa增加到1×106Pa时,平衡 移动。
(实验2-3) 2NO2(气) N2O4(气) △H=-56.9kJ/ml
3. 温度对化学平衡的影响
选1P54 实验活动1
(1)在CuCl2溶液中存在以下平衡:
取两支试管,分别加入2 mL 0.5 ml/L CuCl2溶液,
②将上述试管置于冷水中:
溶液由黄绿色变为蓝绿色
结论:在其他条件不变时,升高温度,平衡向 方向移动
结论:在其他条件不变时,降低温度,平衡向 方向移动
在其它条件不变的情况下,温度升高,平衡向着吸热反应的方向移动;温度降低,平衡向着放热反应的方向移动。
理解:升温对吸热反应有利、降温对放热反应有利
问题:其他条件不变时,能否画出温度升高或温度降低时的v-t图象?
升高温度,对吸热反应有利
降低温度,对吸热反应不利
注意:温度对平衡的影响,图像具有不连续性。
4.催化剂对于化学平衡的影响
请用v-t图来表示催化剂对化学平衡的影响
加入催化剂能同等程度的改变正、逆反应速率,所以不能改变化学平衡,但能改变达到平衡所需要的时间。
1.下列能用勒夏特列原理解释的是( ) A. 棕红色NO2加压后颜色先变深后变浅 B. Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后颜色变深 C. 氯水宜保存在低温、避光条件下 D. SO2催化氧化成SO3的反应,往往加入过量的空气E. 向AgCl悬浊液中加入KI溶液有黄色沉淀生成F. 500℃左右比室温更有利于合成氨反应G. 加催化剂,使N2和H2在一定条件下转化为NH3
H. 由H2、I2(g)、HI组成的平衡体系,加压后颜色加深
I. 加入稀硫酸,可促进酯的水解
2、能引起化学平衡移动的是( )A.化学反应速率发生了变化。B.有气态物质参加的反应达到平衡后,改变了压强C.由于某一条件的改变,使平衡混合物中各组分的浓度发生了不同程度的变化。D.可逆反应达到平衡后,使用催化剂。
3.在高温下,反应要使混合气体颜色加深,可采取的方法是( )
2HBr(g) H2(g) + Br2(g)
平衡虽然不移动,但C(Br2)增大了
4.两个容积相同带活塞的容器,分别盛装一定量的NO2和Br2(g),都为一样的红棕色,迅速将两容器的容积同时压缩到原来的一半(如图),假设气体不液化,则下列说法中正确的是 ( )A.a→a´过程中,颜色突然加深,然后逐渐变浅,最终颜色比原来的浅B.a´与b´的颜色一样深C.a´的压强比a的压强的2倍要小,b´的压强为b的压强的2倍D.a´中的c(NO2)一定比b´中的c(Br2)小
考点二 平衡移动方向与转化率的判断
【归纳整合】反应物转化率问题
(1)若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比,达到平衡后,它们的转化率相等。
(2)若只增加A的量,平衡正向移动,B的转化率 ,A的转化率 。
(3)若按原比例同倍数地增加A、B的浓度,等效于加压
A的转化率是减小还是增大呢?
要看a与b+c的相对大小
对于以下三个反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)再充入PCl5(g),平衡向_______方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率______,PCl5(g)的百分含量_____。
画图建立模型帮助解题!
P↑,平衡向体积减小方向移动
(2)2HI(g) I2(g)+H2(g)再充入HI(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,HI(g)的分解率_____,HI(g)的百分含量_____。
再充入HI(g),相当于加压
(3)2NO2(g) N2O4(g)再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率_____,NO2(g)的百分含量____。
再充入NO2(g),相当于加压
拓展练习.恒温、恒压下,在容积可变的容器中,反应2NO2(g) N2O4(g)达平衡后,再向容器内通入一定量的NO2。平衡向 方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率____,NO2(g)的百分含量____
∴ N2O4的体积分数不变
保持P不变,则体积不压缩
换:PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g) ?
特别强调:上述结论不用死记, 遇到类似问题,学会画图建立模型帮助解题!
①恒温恒容时,增加A的量,A的浓度增大
但考虑A转化率时,此种情况等效于加压
②恒温恒压时,增加A的量
,平衡正向移动,A的转化率不变!
A的转化量减小,但起始量不变。
若分别增加1ml、0.5ml、1ml,平衡正移,
现相当于B另外还多增0.5ml,
相当于减小压强,平衡逆移
本题还可分别计算浓度商与平衡常数,比较分析反应进行的方向
拓展练习2.在一容积固定的密闭容器中充入2mLAB气体,建立如下平衡:2AB A2(g)+ B2(g)测得AB的体积分数为m%;其它条件不变,在上述平衡体系中再充入1mLAB气体,又达到平衡时,AB的体积分数为n%,则m、n的关系为( ) A.m=n B.m<n C.m>n D.无法判断
拓展练习3.将1mLSO2和1mLO2通入固定容积密闭容器中,在一定条件下反应达到平衡,平衡时SO3为0.2mL,此时若移去0.5mLSO2和0.5mLO2,在同一温度下反应达到新的平衡时,SO3的物质的量是 A.0.2mL B.0.1mL C.小于0.1mL D.大于0.1mL,小于0.2mL
1mlSO21mlO2
2SO2+O2 2SO3(g)
平衡时SO3为0.2mL
平衡时SO3为 mL
P↓,平衡向体积增大方向移动
(3) 两平衡等效的标志:达到平衡时,各组分的含量(物质的量分数、质量分数、体积分数等)均对应相等。但各组分的物质的量、浓度可能不同,他们成倍数关系。
1.概念:对同一可逆反应,在相同的条件下,只是起始时加入物质的情况不同,但通过不同的途径,达到化学平衡时,反应混合物中同种物质的百分含量均相同,这样的平衡称为等效平衡。
(1)相同条件:恒温、恒容或恒温、恒压
①正向建立:只加反应物;
②逆向建立:只加生成物;
③中间建立:反应物、生成物同时加入;
④分批加入:反应一段时间再投料。
2、等效平衡的三种情况和判断方法
两次平衡时各组分百分量、n、c均相同
情况1、恒温恒容条件下非等体积的反应
即“一模一样”,绝对等效
一边归零后,等于起始量,即“等量”加料时平衡等效
把不同的起始状态,通过化学方程式中的计量数,换算成同一边物质(反应物一边或生成物一边),如果各反应物或生成物的________相等,则是等效平衡。
2、等效平衡的三种类别和判断方法
情况2、恒温恒容条件下等体积的反应
改变起始加入情况,若“一边归零”之后,对应物质的物质的量之比与原平衡相同,则二平衡等效。
即“物质成比例”,相对等效
“等比”加料时平衡等效
H2(g) + I2 (g) 2HI(g)
两次平衡时各组分百分量相同,n、c 同比例变化
情况3、恒温恒压条件下的可逆反应
即“物质的量成比例”,相对等效
此时,不管什么样的可逆反应,
两次平衡时各组分百分量、 c 相同,n同比例变化
mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)
利用等效平衡的方法解决不等效平衡的问题
例1、在相同容积的甲、乙密闭容器中分别充入2ml的SO2和1mlO2,使它们在一定温度下反应,并达新平衡:2SO2+O2 2SO3(g)。若甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变。当甲中SO2的转化率为25%时,乙中SO2的转化率为( ) A.25% B.大于25% C.小于25% D.无法判断
α(SO2)甲=25%
乙压强不变,体积必定减小
特别强调:学会画图建立模型,设计一些等效平衡的中间状态,再利用平衡移动原理来进行求解,是解很多化学平衡问题的常用技巧!
1. A、B两容器,A容器容积固定,B容器容积可变。一定温度下,在A中加入2mlN2和3mlH2,当 N2 (g)+3H2 (g) 2NH3 (g)反应达平衡时,生成的NH3的物质的量为m。相同温度下,保持B的容积为A的一半,并加1mlNH3,当B中反应达平衡时,要使B中各物质的质量分数与上述A容器中达到平衡时相同,则起始时应加入 mlN2 和 mlH2
1 ml N21.5mlH2
非等体积的反应,“等量”加料时平衡等效
2.在2L的密闭容器中,加入2mlA和1mlB,发生反应2A(g)+ B(g) 2C(g)+ D(s),达平衡时,C的浓度为0.4ml/L,若维持容器的体积和温度不变,加入0.2mlA、0.1mlB和一定量的C、D,达到平衡时,C的浓度仍为0.4ml/L,则C和D的起始物质的量应分别满足 。
2ml 1ml 0ml 0ml
平衡: 1.2 0.6 0.8 0.4
2A(g) + B(g) 2C(g)+ D(s)
根据“等量加料”平衡等效,可推n(C)=1.8ml,n(D)=0.9ml
但是D为固体,抽走D物质,不影响平衡,因此D最少只需要反应所需的量就够了.所以n(D)≥0.5ml
3.在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
甲与乙是完全等效的,正逆反应相加正好是一个完整的反应
a + b = 92.4
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)△H=-92.4KJ/ml
1.在密闭容器中的一定量混合气体发生反应:xA(g)+yB(g) zC(g),平衡时测得C的浓度为0.50 ml/L。保持温度不变,将容器的容积压缩到原来的一半,再达到平衡时,测得C的浓度变为0.90 ml·L-1。下列有关判断不正确的是A.C的体积分数增大了B.A的转化率降低了C.平衡向逆反应方向移动D.x+y
2.一定温度下,在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g) CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是
A.该反应的正反应吸热B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大C.达到平衡时,容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压
不考虑温度,Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍,相当于加压
对比Ⅰ和Ⅲ,若温度相同,两者等效,两容器中速率相等,但Ⅲ温度高,速率更快,D正确。
3.一定条件下存在反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),其正反应放热.图1、图2表示起始时容器甲、丙体积都是V,容器乙、丁体积都是 ;向甲、丙内都充入2a ml SO2和a ml O2并保持恒温;向乙、丁内都充入a ml SO2和0.5a ml O2并保持绝热(即与外界无热量交换),在一定温度时开始反应。下列说法正确的是
A.图1达平衡时,c(SO2):甲=乙B.图1达平衡时,平衡常数K:甲<乙C.图2达平衡时,所需时间t:丙<丁D.图2达平衡时,体积分数φ(SO3):丙>丁
a SO20.5a O2
温度:甲<乙,温度升高平衡逆向移动
温度:丙<丁,温度越高,反应速率越快
4.T ℃时,在容积为2 L的3个恒容密闭容器中发生反应:3A(g)+B(g) xC(g),按不同方式投入反应物,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
下列说法正确的是A.若x<4,则2c1<c2B.若x=4,则w1=w3C.无论x的值是多少,均有2ρ1=ρ2D.甲容器达到平衡所需的时间比乙容器达到平衡所需的时间短
起始时乙容器中A、B的投入量是甲容器的2倍,两容器的容积相等
乙容器反应物浓度大,反应速率比甲快,时间短
(1)构建恒温恒容平衡思维模式新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于加压。
(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示)新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
1.(2022·海南,8)某温度下,反应CH2=CH2(g)+H2O(g) CH3CH2OH(g)在密闭容器中达到平衡,下列说法正确的是A.增大压强,v正>v逆,平衡常数增大B.加入催化剂,平衡时CH3CH2OH(g)的浓度增大C.恒容下,充入一定量的H2O(g),平衡向正反应方向移动D.恒容下,充入一定量的CH2=CH2(g),CH2=CH2(g)的平衡转化率增大
温度不变,故平衡常数不变
催化剂不影响化学平衡状态
2.(2020·浙江7月选考,20)一定条件下:2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时,下列条件中,测定结果误差最小的是A.温度0 ℃、压强50 kPaB.温度130 ℃、压强300 kPaC.温度25 ℃、压强100 kPaD.温度130 ℃、压强50 kPa
测定NO2的相对分子质量时,要使平衡逆向移动,且逆向移动的程度越大,测定结果的误差越小。
3.[2022·河北,16(2)①]工业上常用甲烷、水蒸气重整制备氢气,体系中发生如下反应。Ⅰ.CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)Ⅱ.CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)下列操作中,能提高CH4(g)平衡转化率的是______(填字母)。A.增加CH4(g)用量B.恒温恒压下通入惰性气体C.移除CO(g)D.加入催化剂
提高H2O(g)的转化率,但是CH4(g)平衡转化率减小
,反应Ⅰ的化学平衡正向移动
加入催化剂不能改变平衡状态
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