影响化学平衡移动的条件
[化学平衡的移动] 已达平衡状态的可逆反应,当外界条件(浓度、温度、压强)改变时.由于对正、逆反应速率的影响不同,致使ν正≠ν逆,则原有的化学平衡被破坏,各组分的质量(或体积)分数发生变化,直至在新条件一定的情况下ν正′=ν逆′,而建立新的平衡状态.这种可逆反应中旧化学平衡的破坏、新化学平衡的建立,由原平衡状态向新化学平衡状态的转化过程,称为化学平衡的移动.
说明 (1)若条件的改变使ν正>ν逆,则平衡向正反应方向移动;若条件的改变使ν正<ν逆,则平衡向逆反应方向移动.但若条件改变时,ν正仍然等于ν逆,则平衡没有发生移动.
(2)化学平衡能够发生移动,充分说明了化学平衡是一定条件下的平衡状态,是一种动态平衡.
(3)化学平衡发生移动而达到新的平衡状态时,新的平衡状态与原平衡状态主要的不同点是:①新的平衡状态的ν正或ν逆与原平衡状态的ν正或ν逆不同;②平衡混合物里各组分的质量(或体积)分数不同.
[影响化学平衡的因素]
(1)浓度对化学平衡的影响.一般规律:当其他条件不变时,对于已达平衡状态的可逆反应,若增加反应物浓度或减少生成物浓度,则平衡向正反应方向移动(即向生成物方向移动);若减少反应物浓度或增加生成物浓度,则平衡向逆反应方向移动(即向反应物方向移动).
特殊性:对于气体与固体或固体与固体之间的反应,由于固体的浓度可认为是常数,因此改变固体的量平衡不发生移动.如反应C(s) H2O(g) CO(g) H2(g)达平衡状态后,再加入焦炭的量,平衡不发生移动.
说明 ①浓度对化学平衡的影响,可用化学反应速率与浓度的关系来说明.对于一个已达平衡状态的可逆反应,ν正=ν逆.若增大反应物的浓度,则ν正增大,而,ν逆增大得较慢,使平衡向正反应方向移动.如果减小生成物的浓度,这时虽然,ν正并未增大,但ν逆减小了,同样也使,ν正>ν逆,使平衡向正反应方向移动.同理可分析出:增大生成物的浓度或减小反应物的浓度时,平衡向逆反应方向移动.
②在生产上,往往采用增大容易取得的或成本较低的反应物浓度的方法,使成本较高的原料得到充分利用.例如,在硫酸工业里,常用过量的空气使SO2充分氧化,以生成更多的SO3.
(2)压强对化学平衡的影响.一般规律:对于有气体参加且反应前后气体体积不相等的可逆反应,在其他条件不变的情况下,若增大压强(即相当于缩小容器的体积),则平衡向气体总体积减小的方向移动,若减小压强(即增大容器的体积),则平衡向气体总体积增大的方向移动.
特殊性:①对于反应前后气体总体积相等的可逆反应达平衡后,改变压强,平衡不发生移动,但气体的浓度发生改变.例如可逆反应H2(g) I2(g)2HI(g)达平衡后,若加大压强,平衡不会发生移动,但由于容器体积减小,使平衡混合气各组分的浓度增大,气体的颜色加深(碘蒸气为紫红色).②对于非气态反应(即无气体参加和生成的反应),改变压强,此时固、液体的浓度未改变,平衡不发生移动。
③恒温、恒容时充入不参与反应的气体,此时虽然容器内的压强增大了,但平衡混合气中各组分的浓度并未改变,所以平衡不移动.
说明 ①压强对平衡的影响实际上是通过改变容器的容积,使反应混合物的浓度改变,造成ν正≠ν逆。而使平衡发生移动.因此,有时虽然压强改变了,但ν正仍等于ν正,则平衡不会移动.
②对于有气体参加且反应前后气体体积不相等的可逆反应,增大压强,ν正、ν逆都会增大,减小压强,ν正、ν逆都会减小,但由于ν正、ν逆增大或减小的倍数不相同,从而导致平衡发生移动.例如,可逆反应N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)在一定温度和压强下达到平衡后,其平衡常数K为:
若将压强增至原来的2倍,则各组分的浓度增至原来的2倍.此时:
由于在一定温度下,K值为常数,要使上式的值仍等于K,则必须使c(NH3)增大、c(N2)和c(H2)减小,即平衡向合成NH3的方向(正反应方向)移动.
③对于反应前后气体总体积相等的可逆反应,改变压强,ν正与ν逆的变化程度相同,ν正仍然等于ν逆。,故平衡不发生移动.例如,可逆反应H2(g) I2(g) 2HI(g)在一定温度和压强下达到平衡后,其平衡常数K为:
若将压强增至原来的2倍,则各组分的浓度增至原来的2倍.此时:
上式的值仍与K值相等,即平衡不发生移动.
(3)温度对化学平衡的影响.一般规律:当其他条件不变时,升高温度,使平衡向吸热方向移动;降低温度,则使平衡向放热反应方向移动.
说明 ①化学反应过程均有热效应.对于一个可逆反应来说,如果正反应是放热反应,则逆反应必为吸热反应.
②当升高(降低)温度时,ν正、ν逆会同时增大(减小),但二者增大(减小)的倍数不相同,从而导致化学平衡发生移动.(化学平衡移动原理(勒夏特列原理))
(1)原理内容:如果改变影响平衡的一个条件(如温度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动.
(2)勒夏特列原理适用的范围:已达平衡的体系(如溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡等).勒夏特列原理不适用于未达平衡的体系,如对于一个刚从反应物开始进行的气相可逆反应来说,增大压强,反应总是朝着正反应方向进行的,由于未达平衡,也就无所谓平衡移动,因而不服从勒夏特列原理.
(3)勒夏特列原理适用的条件:只限于改变影响平衡的一个条件.当有两个或两个以上的条件同时改变时,如果这些条件对平衡移动的方向是一致的,则可增强平衡移动.但如果这些条件对平衡移动的方向影响不一致,则需分析哪一个条件变化是影响平衡移动的决定因素.
(4)勒夏特列原理中“减弱这种改变”的解释:外界条件改变使平衡发生移动的结果,是减弱对这种条件的改变,而不是抵消这种改变.也就是说:外界因素对平衡体系的影响占主要方面.
[催化剂与化学平衡的关系] 使用催化剂能同等程度地增大ν正、ν逆,因此,在一个可逆反应中使用催化剂时,能缩短反应达到平衡时所需的时间.但由于ν正仍等于ν逆,所以,使用催化剂对化学平衡的移动没有影响,不能改变平衡混合物中各组分的百分比组成.
[反应物用量对平衡转化率的影响]
(1)若反应物只有一种,如aA(g) bB(g) cC(g),则增加A的量,平衡向正反应方向移动,但A的平衡转化率究竟如何变化,要具体分析反应前后气体体积的相对大小.如:①若a=b c,则A的转化率不变;②若a>b c,则A的转化率增大;③若a<b c,则A的转化率减小.
(2)若反应物不只一种,如aA(g) bB(g) cC(g) dD(g).则:
①若只增加反应物A的量,平衡向正反应方向移动,则反应物B的转化率增大,但由于外界因素占主要方面,故A的转化率减小.
②若按原比例同倍数地增加反应物A与B的量,A、B的转化率的变化有以下三种情况:
a.当a b=c d时,A、B的转化率都不变;
b.当a b>c d时,A、B的转化率都减小;
c.当a b<c d时,A、B的转化率都增大.
[化学反应速率与化学平衡的区别与联系]
化学反应速率 化学平衡
区别 概念 略 略
研究对象 所有化学反应 只研究可逆反应
催化剂的影响 使用催化剂能加快化学反应速率 催化剂不能使化学平衡发生移动
相互联系 ①在一定条件下,当ν正=ν逆时,即说明该可逆反应达平衡状态
②在可逆反应中,反应速率大,达到平衡所需的时间短;反应速率小,达到平衡所需的时间长
③改变条件,若ν正增大,平衡不一定向正反应方向移动;同样,ν逆增大,平衡也不一定向逆反应方向移动.改变条件后,平衡究竟向哪一个方向移动,只有比较出ν正与ν逆哪个更大后,才能确定平衡移动的方向
[化学反应速率和化学平衡计算的基本关系式] 对于可逆反应:
mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)
(1)用各物质表示的反应速率之比等于化学方程式中相应物质化学式前的化学计量数之比.即:∶∶∶=m∶n∶p∶q
(2)各物质的变化量之比=化学方程式中相应的化学计量数之比
(3)反应物的平衡量=起始量-消耗量
生成物的平衡量=起始量+增加量
表示为:
mA(g) nB(g) pC(g) qD(g)
起始量/mol a b c d
变化量/mol
平衡量/mol a b
(4)达平衡时,反应物A(或B)的平衡转化率α(%):
α(A)(或B)=×100%
α(A)(或B)=×100%
α(A)(或B)=×100%
(5)在一定温度下,反应的平衡常数
(6)阿伏加德罗定律及其三个重要推论:
①恒温、恒容时:,Bp任何时刻时反应混合气体的总压强与其总物质的量成正比;
②恒温、恒压时:,即任何时刻时反应混合气体的总体积与其总的物质的量成正比;
③恒温、恒容时:,即任何时刻时反应混合气体的密度与其反应混合气体的平均相对分子质量成正比.
(7)混合气体的密度:
(8)混合气体的平均相对分子质量Mr的计算:
①Mr=M(A)·a% M(B)·b% …
其中M(A)、M(B)…分别是气体A、B…的相对分子质量;a%、b%…分别是气体A、B…的体积(或摩尔)分数.
②