考點29影響化學平衡的條件

1．復習重點

1．濃度,壓強和溫度等條件對化學平衡的影響.

2．平衡移動原理的應用.

2．難點聚焦

我們研究化學平衡的目的,不是要保持一個化學平衡不變.而是要研究如何利用外界條件的改變,去破壞化學平衡.使之向我們所希望的方向轉變,去建立新的化學平衡.

化學平衡的移動:

可逆反應中,舊化學平衡的破壞,新化學平衡的建立的過程就叫做化學平衡的移動.

(一)     濃度對化學平衡的影響:

做實驗:2-3實驗證明:

加入FeCl₃或KSCN溶液后，試管中的紅色加深了。

說明生成物的濃度增大了。

說明化學平衡向正反應的方向移動了。

無數實驗證明：

 增大任何一種反應物的濃度，都可以使化學平衡向正反應方向移動。

增大任何一種生成物的濃度，都可以使化學平衡向逆反應方向移動。

減小任何一種反應物的濃度，都可以使化學平衡向逆反應方向移動。

減小任何一種生成物的濃度，都可以使化學平衡向正反應方向移動。

(二)     壓強對化學平衡的影響:

處于平衡狀態(tài)的反應混合物里，無論是反應物，還是生成物，只要有氣態(tài)物質存在，壓強的改變，就有可能使化學平衡移動。

如：

反應中，1體積氮氣和3體積的氫氣反應，生成了2體積的氨氣。反應后，氣體總體積減少了！

參見表2－3數據。

可知，對這種氣體總體積減少的反應，增大壓強，平衡向正反應方向移動。即：增大壓強，平衡向體積縮小的方向移動；減小壓強，平衡向體積增大的方向移動。

氣體總體積不變化，改變壓強，化學平衡不移動！

如：

反應前后，氣體物質總體積不變。

改變壓強，平衡不移動！

(三)     溫度對化學平衡的影響:

在吸熱或放熱的可逆反應中,反應混合物達平衡后,改變溫度,也會使化學平衡移動.

在可逆反應中,正反應如果放熱,則,逆反應必定吸熱!反之亦然.

做實驗2－4

由實驗可知:

   升高溫度,(混合氣體顏色加深,)平衡向吸熱反應的方向移動.

   降低溫度,(混合氣體顏色變淺,)平衡向放熱反應的方向移動

(四)     催化劑對化學平衡的影響:

催化劑能同等程度的增加正反應速率和逆反應速率,即,催化劑不能改變達到化學平衡狀態(tài)的反應混合物的組成.即:催化劑不能使化學平衡移動!但催化劑可以改變達到化學平衡所需要的時間.

(五)     平衡移動原理:

即:勒夏特列原理:

  如果改變影響平衡的一個條件,平衡就像削弱這種改變的方向移動.

3．例題精講

化學平衡圖像題的解法探討

例1.可逆反應mA(固)+nB(氣) eC(氣)+fD(氣)反應過程中，當其他條件不變時，C的體積分數j(C)在不同溫度(T)和不同壓強(P)的條件下隨時間(t)的變化關系如圖所示。下列敘述正確的是                                      （   ）

A．達到平衡后，若使用催化劑，C的體積分數將增大

B．當平衡后，若溫度升高，化學平衡向逆反應方向移動

C．化學方程式中，n＞e+f

D．達到平衡后，增加A的質量有利于化學平衡向正反應方向移動

[解析] 從(1)圖中應先判斷出T₁與T₂溫度的大小關系。在其他條件不變時，溫度升高，反應速率變大，達到平衡時間越短。由此可知，T₂＞T₁。從圖(1)分析可知溫度較高時j(C)變小，說明升高溫度時，平衡向逆反應方向移動，所以該正反應是放熱反應。B選項是正確的。

從(2)圖中，應先判斷出P₁與P₂大小關系。在其他條件不變情況下，壓強越大，達到平衡的時間就越短，由此可知P₂＞P₁。從圖中可知，壓強增大時j(C)變小，說明增大壓強平衡向逆反應方向移動，逆反應方向是氣體體積減小方向，即n＜e+f，C項錯誤。

由于使用催化劑，并不影響化學平衡的移動，A項錯誤。

在化學平衡中，增大或減小固體物質的質量不影響化學平衡的移動。因此D項錯誤。

[答案]B

[點評] 解答這類圖象題時，必須要抓住縱坐標(變量)即C的體積分數與外界條件變化的關系，分析得出相應正確的結論。

例2.已知某可逆反應mA(g)＋nB(g)pC(g)在密閉容器中進行，右圖表示在不同反應時間t時，溫度T和壓強P與反應物B在混合氣體中的體積分數B%的關系曲線，由曲線分析，下列判斷正確的是                              （    ）             

    A．T₁＜T₂  P₁＞P₂  m＋n＞P  ΔH<0

    B．T₁＞T₂  P₁＜P₂  m＋n＞P  ΔH>0      

    C．T₁＜T₂   P₁＞P₂  m＋n＜P  ΔH<0     

    D．T₁＞T₂  P₁＜P₂  m＋n＜P  ΔH>0

 [解析] 本題考查根據溫度、壓強變化對化學平衡移動的影響來判斷化學方程式的特點。分析圖象，可以分兩個層次考慮:（如圖將三條曲線分別標為①、②、③）。從①、②曲線可知，當壓強相同（為P₂）時，②先達平衡，說明T₁＞T₂ ；又因為T₂低，B%大，即降低溫度，平衡逆向移動，說明逆向放熱，正向吸熱。從②、③曲線可知，當溫度相同（為T₁）時，②先達平衡，說明P₂＞P₁ ；又因為P₂大，B%大，即增大壓強，平衡逆向移動，說明逆方向為氣體體積減小的方向，m＋n＜P。 綜合以上分析結果：T₁＞T₂， P₁＜P₂，m＋n＜P，正反應為吸熱反應。

[答案]  D

[點評] 識別此題的圖像，要從兩點入手，其一，斜線的斜率大小與反應速率大小關聯(lián)，由此可判斷溫度、壓強的高低；其二，水平線的高低與B%大小相關聯(lián)，由此可分析出平衡向那個方向移動。

例3 .在一定溫度下，容器內某一反應中M、N的物質的量隨反應時間變化的曲線如圖，下列表述中正確的是?                                        （    ）

A．反應的化學方程式為：2MN?   B．t₂時，正逆反應速率相等，達到平衡?

C．t₃時，正反應速率大于逆反應速率?   D．t₁時，N的濃度是M濃度的2倍?

[解析]本題以化學反應速率與化學平衡為素材，考核觀察圖象及其信息加工的能力。從圖象可知，t₁時，N的物質的量是6mol，M的物質的量是3mol，故N的濃度是M濃度的2倍是正確的；同時也可得出反應的化學方程式為：2NM；t₂時，正逆反應速率雖然相等，但尚未達到平衡，因為此時M、N的物質的量還在增大與減少，t₃時M、N的物質的量保持不變，說明已達平衡狀態(tài)，則正反應速率等于逆反應速率。?

[答案]  D?

[點評] 主要考查化學反應速率、化學平衡等知識，已經抽象到沒有具體的元素符號，并且以看圖設置情境設問，因此對觀察能力作了重點考查，思維能力要求也較高。圖的橫坐標是時間，繪出了t₁、t₂、t₃3個時刻。縱坐標既不是速率，也不是濃度，而是物質的量。仔細審視各時間段中物質的量的變化。

例4.反應 2X（氣）＋ Y（氣）2Z（氣）+熱量，在不同溫度（T₁和T₂）及壓強（p₁和p₂）下，產物Z的物質的量（n₂）與反應時間（t）的關系如右圖所示。下述判正確的是                               （    ）                      

  A、T₁＞T₂，p₁＜p₂          B、T₁＜T₂，P₁＞p₂

  C、T₁＞T₂，P₁＞p₂          D、T₁＜T₂，p₁＜p₂

 [解析] 首先分析反應：這是一個氣體的總物質的量減�。�體積減小）、放熱的可逆反應，低溫、高壓對反應有利，達平衡時產物Z的物質的量n₂大，平衡點高，即圖示曲線T₂、p₁。再對比圖示曲線T₂、p₂，溫度相同，壓強不同，平衡時n₂不同（p_l時的n₂＞P₂時的n₂），由此分析p₁＞p₂，再從反應速率驗證，T₂、P₁的曲線達平衡前斜率大（曲線陡）先到達平衡，也說明壓強是 p₁＞p₂（增大反應壓強可以增大反應速率）。然后比較曲線T₂、p₂與T₁、p₂，此時壓強相同，溫度不同，溫度低的達平衡時n₂大，平衡點高（曲線T₂、p₂），由此判斷溫度T₁＞T₂；再由這兩條曲線達平衡前的斜率比較，也是T₁、p₂的斜率大于T₂、p₂，T₁、p₂先到達平衡，反應速率大，也證明T₁＞T₂。由此分析得出正確的判斷是T₁＞T₂，p₁＞p₂，選項C的結論正確。

[答案]  C

[方法點撥]

化學平衡圖象問題的識別分析方法

化學平衡圖象問題的識別無外乎是看坐標、找變量、想方程、識圖象四個方面，即準確認識橫、縱坐標的含義，根據圖象中的點（起點、終點、轉折點）、線（所在位置的上下、左右、升降、彎曲）特征，結合題目中給定的化學方程式和數據，應用概念、規(guī)律進行推理判斷．但識圖是關鍵，筆者認為應以橫坐標的不同含義把圖象分為兩大類：①時間（t）類，②壓強（p）或溫度（T）類．這兩類的特征分別如下．

（一）、時間（t）類

1．圖象中總有一個轉折點，這個點所對應的時間為達到平衡所需時間，時間的長短可確定化學反應速率的大小，結合濃度、溫度、壓強對化學反應速率的影響規(guī)律，可確定濃度的大小，溫度的高低和壓強的大小．

2．圖象中總有一段或幾段平行于橫軸的直線，直線上的點表示可逆反應處于平衡狀態(tài)．

3．這幾段直線的相對位置可確定化學平衡移動的方向．固定其它條件不變，若因溫度升降引起的平衡移動，就可確定可逆反應中是Q＞0還是Q＜0；若因壓強增減引起的平衡移動，就可確定氣態(tài)物質在可逆反應中，反應物的系數和與生成物的系數和之間的相對大�。�

（二）、壓強（p）或溫度（T）類

1．圖象均為曲線．

2．曲線上的點表示可逆反應在相應壓強或溫度下處于平衡狀態(tài)；而不在曲線上的點表示可逆反應在相應壓強或溫度下未達到平衡狀態(tài)，但能自發(fā)進行至平衡狀態(tài)．

3．曲線的相對位置、變化趨勢決定了化學平衡移動的方向．固定其它條件不變，若溫度變化引起的平衡移動，即可確定可逆反應中是Q＞0還是Q＜0；若因壓強改變引起的平衡移動，即可確定氣態(tài)物質在可逆反應中反應物的系數和與生成物的系數和之間的相對大小

等效平衡的探討

1、定溫、定容條件下的等效平衡　
例5：在一個固定容積的密閉容器中加入2molA和1molB，發(fā)生反應2A(g)+B(g)ㄐ3C(g)+D(g)，達到平衡時，C的濃度為wmol/L。若維持容器的容積和溫度不變，按下列情況配比為開始濃度，達到平衡后C的濃度仍為wmol/L的是（　�。�　

A、4molA+2molB 　

B、2molA+1molB+3molC+1molD

C、3molC+1molD+1molB 　

D、3molC+1molD 　

E、1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD

［解析］

這是一道關于等效平衡的題，常用極端假設法分析。將“3molC+1molD”轉化為“2molA+1molB”將.5molC+0.5molD”轉化為“1molA+0.5molB”。則B組起始狀態(tài)相當于4molA+2molB”，C組起始狀態(tài)相當于“2molA+2molB”，E組起始狀態(tài)相當于“2molA+1molB”。顯然，A、B、C組的起始量與“2molA+1molB”　的起始量不同，均不能達到與其相同的平衡狀態(tài)，而D、E組的起始量與“2molA+1molB”　的起始量相同，能達到與其相同的平衡狀態(tài)。故正確答案為D、E。

答案：D  E　

例6．在一定溫度下，把2mol SO₂和1molO₂通入一個一定容積的密閉容器里，發(fā)生反應2SO₂+O₂ 2SO₃，當此反應進行到一定程度時，就處于化學平衡狀態(tài)。若該容器中維持溫度不變，令a、b、c分別代表初始時SO₂、O₂和SO₃的物質的量。如果a、b、c取不同的數值，它們必須滿足一定的相互關系，才能保證達到平衡時，反應混合物中三種氣體的體積分數仍跟上述平衡時完全相同。請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

(1)若a=0，b=0，則c=____。

(2)若a=0.5mol，則b=____，c=____。

(3)a、b、c取值必須滿足的一般條件是(請用兩個方程式表示，其中一個只含a和c，另一個只含b和c)____。

 [解析] 對于本題來說，要達到同一平衡狀態(tài)，其外界條件相同，就是同溫、同壓時有關物質的物質的量要符合如下關系：

(1)若反應從正反應開始，必須是2molSO₂，1molO₂；

(2)若反應是從逆反應開始，必須是2molSO₃；

(3)若反應是從正、逆反應兩個方向開始，則把SO₃看作是由SO₂和O₂轉化而來的，把SO₃的起始的量全部轉化為SO₂和O_2，然后這部分物質的量再分別加上原有的SO₂和O₂的量，看看是否能達到2molSO₂和1molO₂；或使SO₂、O₂的起始的量全部轉化為SO₃，然后這部分物質的量再加上原有的SO₃的量，看看是否能達到2molSO₃。

[答案] (1) 2mol。(2) 0.25mol，1.5mol。(3) a+c=2，2b+c=2。

2、定溫、定壓條件下的等效平衡　

例7．在恒溫恒壓條件下，向可變的密閉容器中充入3LA和2LB發(fā)生如下反應3A（g）+2B（g）xC（g）+yD（g）,達到平衡時C的體積分數為m%。若維持溫度不變，將0.6LA、0.4LB、4LC、0.8LD作為起始物質充入密閉容器中，達到平衡時C的體積分數仍為m%。則x、y的值分別為（　　　）　

A、x=3、y=1　　B、x=4、y=1 　C、x=5、y=1　　D、x=2、y=3　 E、x=10、y=2 　

解析：

該反應起始反應物的量比0.6:0.4=3:2符合化學方程式中反應物的系數比,若4LC、0.8LD恰好完全轉化成A、B時，必須x:y=5:1，但此時x+y≠2+3，故在恒溫恒壓條件下,符合x:y=5:1的所有x、y的值不符合題意。若4LC、0.8LD不能恰好完全轉化成A、B時，則不能達到與開始時等效的平衡狀態(tài)。當x=5、y=1時，用極端假設法“4LC、0.8LD”可轉化為“2.4LA、1.6LB”，反應物的起始量相當于“3LA、2LB”,與原起始量相同，能達到與開始時相同的平衡狀態(tài)，故正確答案為C。　

3、定溫、不定壓、不定容條件下的等效平衡  

例8．在一定溫度下,將2molHI氣體充入一容積可變的密閉容器中發(fā)生反應

HI(g) H₂(g)+I₂(g),反應達平衡后,H₂的體積分數為m%。若其他條件不變,容器的容積變?yōu)樵瓉淼囊话?平衡時H₂的體積分數為????。　

解析：容器的容積變?yōu)樵瓉淼囊话?體系的壓強變?yōu)樵瓉淼?倍，由于反應前后氣體體積不變，所以平衡不移動，H₂的體積分數仍為m%，各物質的濃度均為原來的2倍，反應速率加快。

答案：H₂的體積分數為m%　

 [ 方法提示]

1.等效平衡的含義：在一定條件（恒溫恒容或恒溫恒壓）下，只是起始加入情況不同的同一可逆反應達到平衡后，任何相同組分的分數（體積、物質的量）均相等，這樣的化學平衡互稱為等效平衡。

在等效平衡中，還有一類特殊的平衡，不僅任何相同組分x的分數（體積、物質的量）均相同，而且相同組分的物質的量均相同，這類等效平衡又互稱為同一平衡。同一平衡是等效平衡的特例。

如：N₂+3H₂2NH₃在下列四個容器A、B、C、D中均處于平衡狀態(tài)，各組分物質的量分別為如下所示。

B．a mol N₂，b mol H₂，c mol NH₃

C．1 mol N₂，3 mol H₂，0 mol NH₃

D．0 mol N₂，0 mol H₂，2 mol NH₃

若A、B兩容器T、p相同，則A、B兩平衡互為等效平衡。

若C、D兩容器T、V相同，則C、D兩平衡互為同一平衡。

2.建立等效平衡的條件

（1）．恒溫恒壓下或恒溫恒容下，對于同一可逆反應，若兩初始狀態(tài)有相同的物料關系，則達到平衡后兩平衡等效且實為同一平衡。

此處的相同是指廣義的相同，即只要通過可逆反應的化學計量數關系換算成平衡式左右兩邊中某一邊的物質的量，若兩者相同則為有相同的物料關系。如：

N₂＋3H₂2NH₃

則①②③為具有相同的物料關系。

（2）．在恒溫恒壓下，對于同一可逆反應，若兩初始狀態(tài)具有相當的物料關系，則達到平衡后，兩平衡互為等效平衡。

此處的相當是指按化學計量數換算成左右兩邊中同一邊物質的量之比相同。

例如：N₂O（g）＋2O₂（g）N₂O₅（g）

①中n（N₂O）∶n（O₂）=2∶3

②中n（N₂O）∶n（O₂）=3∶4.5＝2∶3

③n（N₂O）∶（O₂）=（2.5+1.5）∶（3+3）=2∶3

則①②③的量相當。

由此可知：化學平衡的建立，僅僅與反應條件有關，而與化學平衡的建立的過程無關，這就是說，對同一個可逆反應，在同樣的條件下，無論反應是從正反應開始，或是從逆反應開始，或是從兩個方向同時開始(即既有反應物轉化為生成物，同時也有生成物轉化為反應物)，最終都能達到完全相同的平衡狀態(tài)，也就是平衡體系中各物質的質量分數(氣體的體積分數)各保持一定而不變。

　　 對于一般可逆反應，在定溫、定容條件下，只改變起始加入情況，只要按化學方程式中各物質的化學計量數比換算成方程式左右兩邊同一邊物質的物質的量與原平衡相同，則二平衡等同（也等效）。對于反應前后氣體體積不變的可逆反應，在定溫、定容或定溫、定壓條件下，只改變起始時加入情況，只要按化學方程式中各物質計量數比換算成方程式左右兩邊同一邊物質的物質的量之比與原平衡相同，則二平衡等效（不一定等同）。

例5． 在一個盛有催化劑容積可變的密閉容器中，保持一定的溫度和壓強，進行以下反應：     N₂＋3H₂2NH₃           已知加入1 mol N₂、4 mol H₂時，達到平衡后生成a mol NH₃（見表中已知項），在相同溫度和壓強下保持平衡后各組分體積分數不變，對下列編號②～④的狀態(tài)，填寫表中空白。

解析：由題意知②與①的平衡狀態(tài)互為等效平衡，②中平衡時NH₃的物質的量為①的一半，設①達到平衡的過程如下圖。

設想我們可以用隔板將①中平衡狀態(tài)均分為A、B兩部分，那么A（B）與整體當然處于等效平衡且A（B）中NH₃的量為0.5a mol，所以我們可認為A（B）部分為②的平衡態(tài)，那么達到B平衡態(tài)的初始狀態(tài)當然也為達到①平衡態(tài)的初始狀態(tài)的一半，即可用下圖表示：

即達到②的平衡的初始的物質的量為：

n（N₂）=0.5mol、n（H₂）=2mol、n（NH₃）=0 mol

而經過等量互換，當n（NH₃）＝1mol時，

n（N₂）=0mol n（H₂）=1.5mol

同理知①為③這個整體的2／3，故③達到平衡時n（NH₃）=

同理，設始態(tài)NH3為x，平衡時NH3為y，則

得x=2（g-4m） y=（g-3m）a

[點撥]

 這類等效平衡可形象地理解為整體與局部的關系。即在恒溫恒壓下，當兩初始狀態(tài)符合局部與整體的關系時，那么相對應的平衡態(tài)也就符合局部與整體的關系。反之亦然。

4．實戰(zhàn)演練

（一）選擇題

1.對于反應A(s)+2B(g)3C(g)；△H＞0，C%跟外界條件X、Y的關系如圖所示，下列結論正確的是                                              （    ）                           

    A．Y表示溫度，X表示壓強，且Y₃＞Y₂＞Y₁

B．Y表示壓強，X表示溫度，且Y₃＞Y₂＞Y₁

C．X表示壓強，Y表示溫度，且Y₁＞Y₂＞Y₃

D．X表示溫度，Y表示壓強，且Y₁＞Y₂＞Y₃

2. 在容積固定的密閉容器中存在如下反應：    A(g)+3B(g) 2C(g)；  △H<0某研究小組研究了其他條件不變時，改變某一條件對上述反應的影響，并根據實驗數據作出下列關系圖：

下列判斷一定錯誤的是                                             （     ）                                              

A．圖I研究的是不同催化劑對反應的影響，且乙使用的催化劑效率較高

B．圖I研究的是壓強對反應的影響，且乙的壓強較高

C．圖Ⅱ研究的是溫度對反應的影響，且甲的溫度較高

D．圖Ⅲ研究的是不同催化劑對反應的影響，且甲使用的催化劑效率較高

3.右圖曲線a表示放熱反應X(g)+Y(g)   Z(g)+M(g)+N(s)進行過程中X的轉化率隨時間變化的關系。若要改變起始條件，使反應過程按b曲線進行，可采取的措施是                                                          （      ）

      A．升高溫度      B．加大X的投入量