化學(xué)平衡
考點(diǎn)聚焦
1.通過實(shí)驗(yàn)探究溫度、濃度、壓強(qiáng)和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。
2.認(rèn)識(shí)溫度、濃度、壓強(qiáng)和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的一般規(guī)律,能用有效碰撞理論等予以簡(jiǎn)單解釋。
知識(shí)梳理
一、化學(xué)平衡的概念:在一定條件下的可逆反應(yīng)里,正反應(yīng)和逆反應(yīng)的速率相等,反應(yīng)混合物中各組在成分的含量保持不變的狀態(tài)叫做化學(xué)平衡。
1.“等”――處于密閉體系的可逆反應(yīng),化學(xué)平衡狀態(tài)建立的條件是正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等。即v(正)=v(逆)≠0。這是可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的重要標(biāo)志。
2.“定”――當(dāng)一定條件下可逆反應(yīng)一旦達(dá)平衡(可逆反應(yīng)進(jìn)行到最大的程度)狀態(tài)時(shí),在平衡體系的混合物中,各組成成分的含量(即反應(yīng)物與生成物的物質(zhì)的量,物質(zhì)的量濃度,質(zhì)量分?jǐn)?shù),體積分?jǐn)?shù)等)保持一定而不變(即不隨時(shí)間的改變而改變)。這是判斷體系是否處于化學(xué)平衡狀態(tài)的重要依據(jù)。
3.“動(dòng)”――指定化學(xué)反應(yīng)已達(dá)化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí),反應(yīng)并沒有停止,實(shí)際上正反應(yīng)與逆反應(yīng)始終在進(jìn)行,且正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率,所以化學(xué)平衡狀態(tài)是動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。
4.“變”――任何化學(xué)平衡狀態(tài)均是暫時(shí)的、相對(duì)的、有條件的(與濃度、壓強(qiáng)、溫度等有關(guān))。而與達(dá)平衡的過程無關(guān)(化學(xué)平衡狀態(tài)既可從正反應(yīng)方向開始達(dá)平衡,也可以從逆反應(yīng)方向開始達(dá)平衡)。
如果改變影響平衡的一個(gè)條件(如濃度、壓強(qiáng)或溫度),平衡就向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。
外因的變化
備注
對(duì)反應(yīng)速率的影響
對(duì)化學(xué)平衡
的影響
濃度
增大反應(yīng)物的濃度
固體物質(zhì)除外
v正、v逆均增大,且v正>v逆
向正反應(yīng)方向移動(dòng)
減小生成物的濃度
v正、v逆均減小,且v正>v逆
減小反應(yīng)物的濃度
v正、v逆均減小,且v正<v逆
向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
增大生成物的濃度
v正、v逆均增大,且v正<v逆
向逆反應(yīng)方向移動(dòng)
壓強(qiáng)
增壓引起濃度改變
固體和液體、恒容時(shí)充入不反應(yīng)氣體情況除外
v正、v逆均增大,只是增大的倍數(shù)不同
向氣體體積減小的方向移動(dòng)
減壓引起濃度改變
v正、v逆均減小,只是減小的倍數(shù)不同
向氣體體積增大的方向移動(dòng)
試題枚舉
三、 影響化學(xué)平衡的條件
【例1】 下列哪種說法可以證明反應(yīng)N2 + 3H2 2NH3已達(dá)到平衡狀態(tài)( )
A. 1個(gè)N≡ N 鍵斷裂的同時(shí),有3個(gè)H - N鍵形成。
B. 1個(gè)N≡ N斷裂的同時(shí),有3個(gè)H - N鍵斷裂。
C. 1個(gè)N≡ N斷裂的同時(shí),有6個(gè)H - N鍵斷裂。
D. 1個(gè)N≡ N鍵斷裂的同時(shí),有6個(gè)H - N鍵形成。
解析:根據(jù)化學(xué)平衡的定義,當(dāng)一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)V正= V逆 ,同時(shí)各物質(zhì)的百分含量保持不變,從本質(zhì)上來講反應(yīng)雖然仍在進(jìn)行,但各種物質(zhì)的絕對(duì)量不再變化,我們就稱為達(dá)到平衡狀態(tài),對(duì)此題關(guān)鍵要分清誰表示V正 誰表示V逆 ,例如,1個(gè)N≡N斷裂,即表示要向右進(jìn)行,生成NH3即為V正 ;而6個(gè)N-H鍵斷裂表示向左進(jìn)行,生成N2與H2,即V逆。6個(gè)N-H形成,相當(dāng)于生成2molNH3,表示V正 。根據(jù)同一反應(yīng)中,用不同的物質(zhì)來表示某反應(yīng)的速率,若正、逆反應(yīng)速率之比等于方程式各物質(zhì)的系數(shù)之比,反應(yīng)亦達(dá)到平衡,所以答案為A、C。
答案:A、C
【例2】 能夠充分說明在恒溫恒容下的密閉容器中,反應(yīng)2SO2+O22SO3已達(dá)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是
A.容器中SO2、O2、SO3的物質(zhì)的量之比為2:1:2
B.SO2 和SO3的物質(zhì)的量濃度相等
C.反應(yīng)容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間變化而變化
D.單位時(shí)間內(nèi)生成2molSO3 時(shí),即生成1molO2
解析:由于題目中沒有給出各物質(zhì)的起始量,也沒有給出反應(yīng)的具體條件,所以無法知道容器中SO2、O2、SO3的物質(zhì)的量之比為2:1:2時(shí),及SO2 和SO3的物質(zhì)的量濃度相等時(shí)反應(yīng)是否達(dá)到平衡,也就是說無法知道達(dá)到平衡后,SO2 和SO3 的物質(zhì)的量濃度上否相等。所以A、B選項(xiàng)不能選為答案。由于此反應(yīng)是氣體非等體積反應(yīng),在恒溫恒容下,壓強(qiáng)不變,說明各物質(zhì)的濃度不變,故C選項(xiàng)正確。由于單位時(shí)間內(nèi)生成2molSO3 時(shí),即消耗了1molO2 ,此時(shí)又生成1molO2 ,即意味著正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率,所以D選項(xiàng)也正確。
答案:C、D
【例3】可逆反應(yīng):
A.B和C可能都是固體
B.B和C一定都是氣體
C.若C為固體,則B一定是氣體
D.B和C可能都是氣體
解析: 本題考查平衡移動(dòng)知識(shí),重在考查分析問題、解決問題的能力.根據(jù)題干條件可對(duì)各選項(xiàng)逐一分析。選項(xiàng)A中,如果B和C都是固體,則無論平衡怎樣移動(dòng),反應(yīng)混合物中的氣體只有A一種,A的相對(duì)分子質(zhì)量不隨溫度升高而改變,所以氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不隨溫度升高而改變,因此選項(xiàng)A不符合題意.選項(xiàng)C中,當(dāng)C為固體,B為氣體時(shí),該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng).由于溫度升高平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。有更多的固體C生成,使反應(yīng)混合物中氣體的總質(zhì)量相應(yīng)減小,而氣體分子數(shù)保持不變,所以氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量也相應(yīng)變小 ,若C為固體,而B為非氣體時(shí),則反應(yīng)混合物中的氣體只有A,這與選項(xiàng)A情況相同,不符合題意要求,所以只有當(dāng)C為固體時(shí),B必為氣體,才符合回意要求,選項(xiàng)C符合題意.既然選項(xiàng)C符合題意要求,則選項(xiàng)B一定不符合或意要求。選項(xiàng)D中,如果B和C都是氣體,則正反應(yīng)方向是氣體分子數(shù)增大的方向,由于升溫平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),反應(yīng)混合物中氣體分子數(shù)相應(yīng)增大,而反應(yīng)混合物的總質(zhì)量保持不變(反應(yīng)物和生成物全部為氣體)。所以氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量變。x項(xiàng)D符合題意.
答案:C、D。
【例4】密閉容器中一定量的混合氣體發(fā)生反應(yīng): ,平衡時(shí),測(cè)得A的濃度為0.50mol?L-1,在溫度不變時(shí),把容器容積擴(kuò)大到原來的2倍,使其重新達(dá)到平衡,A的濃度為0.30mol?L-1,有關(guān)敘述不正確的是( )。
A.平衡一定向右移動(dòng)
B.B的轉(zhuǎn)化率降低
C.
D.C的體積分?jǐn)?shù)降低
解析:本題可采用虛擬的方法來解答。假設(shè)把容器擴(kuò)大到原來的2倍時(shí).平衡不移動(dòng)(虛擬),則這時(shí)A的濃度由 0.50 mol?L-l變?yōu)?. 25 mol?L-l,而事實(shí)上A的濃度為 0.30 mol?L-1,然后再由虛擬狀態(tài)回到事實(shí).A的濃度由0.25 mol?L-1變?yōu)?.30 mol?L-1,平衡向生成A的方向即本反應(yīng)逆反應(yīng)方向移動(dòng)。與備選選項(xiàng)對(duì)照,只有A項(xiàng)不正確。
答案:A
化學(xué)平衡的圖像
考點(diǎn)聚焦
1.進(jìn)一步掌握理解濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)的影響。
2.能夠通過對(duì)圖形、圖表的觀察,獲取有關(guān)的感性知識(shí)和印象,并對(duì)這些感性知識(shí)進(jìn)行初步加工和記憶
知識(shí)梳理
1.牢固掌握有關(guān)的概念與原理,尤其要注意外界條件的改變對(duì)一個(gè)可逆反應(yīng)來講,正逆反應(yīng)速率如何變化,化學(xué)平衡如何移動(dòng),在速度-時(shí)間圖、轉(zhuǎn)化率-時(shí)間圖、反應(yīng)物的含量-濃度圖等上如何體現(xiàn)。要能夠畫出有關(guān)的變化圖象。
2.對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)圖象問題,可按以下的方法進(jìn)行分析:
(1)認(rèn)清坐標(biāo)系,搞清縱、橫坐標(biāo)所代表的意義,并與有關(guān)的原理掛鉤。
(2)看清起點(diǎn),分清反應(yīng)物、生成物,濃度減小的是反應(yīng)物,濃度增大的是生成物一般生成物多數(shù)以原點(diǎn)為起點(diǎn)。
(3)抓住變化趨勢(shì),分清正、逆反應(yīng),吸、放熱反應(yīng)。升高溫度時(shí),v(吸)>v(放),在速率-時(shí)間圖上,要注意看清曲線是連續(xù)的還是跳躍的,分清漸變和突變,大變和小變。例如,升高溫度,v(吸)大增,v(放)小增,增大反應(yīng)物濃度,v(正)突變,v(逆)漸變。
(4)注意終點(diǎn)。例如在濃度-時(shí)間圖上,一定要看清終點(diǎn)時(shí)反應(yīng)物的消耗量、生成物的增加量,并結(jié)合有關(guān)原理進(jìn)行推理判斷。
3.對(duì)于化學(xué)平衡的有關(guān)圖象問題,可按以下的方法進(jìn)行分析:
(1)認(rèn)清坐標(biāo)系,搞清縱、橫坐標(biāo)所代表的意義,并與勒沙特列原理掛鉤。
(2)緊扣可逆反應(yīng)的特征,搞清正反應(yīng)方向是吸熱還是放熱,體積增大還是減小、不變,有無固體、純液體物質(zhì)參加或生成等。
(3)看清速率的變化及變化量的大小,在條件與變化之間搭橋。
(4)看清起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn),看清曲線的變化趨勢(shì)。
(5)先拐先平。例如,在轉(zhuǎn)化率-時(shí)間圖上,先出現(xiàn)拐點(diǎn)的曲線先達(dá)到平衡,此時(shí)逆向推理可得該變化的溫度高、濃度大、壓強(qiáng)高。
(6)定一議二。當(dāng)圖象中有三個(gè)量時(shí),先確定一個(gè)量不變?cè)儆懻摿硗鈨蓚(gè)量的關(guān)系。
試題枚舉
【例1】某溫度下,在體積為5L的容器中,A、B、C三種物質(zhì)物質(zhì)的量隨著時(shí)間變化的關(guān)系如圖1所示,則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________,2s內(nèi)用A的濃度變化和用B的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率分別為_________、_________。
??解析:?這類題目是討論同一時(shí)間段內(nèi)各物質(zhì)的變化量的比例關(guān)系,且要注意物質(zhì)的量減少的為反應(yīng)物,物質(zhì)的量增多的為生成物。又因物質(zhì)的量都不變時(shí),反應(yīng)物、生成物共存,故方程式要用“”表示。
??答案:?2A3B+C;0.08mol/(L?s);0.12mol/(L?s)。
【例2】 對(duì)達(dá)到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)X+YZ+W,在其他條件不變的情況下,增大壓強(qiáng),反應(yīng)速率變化圖象如圖1所示,則圖象中關(guān)于X、Y、Z、W四種物質(zhì)的聚集狀態(tài)為
A.Z、W均為氣體,X、Y中有一種是氣體
B.Z、W中有一種是氣體,X、Y皆非氣體
C.X、Y、Z、W皆非氣體
D.X、Y均為氣體,Z、W中有一種為氣體
解析: 經(jīng)常有一些同學(xué)錯(cuò)選B,認(rèn)為增大壓強(qiáng),平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng).其實(shí),圖象告訴我們的是:增大壓強(qiáng),加快了正、逆反應(yīng),但逆反應(yīng)速率增大的幅度大于正反應(yīng)速率增大的幅度,由此而導(dǎo)致平衡向左移動(dòng).而壓強(qiáng)的改變,只影響氣體反應(yīng)的速率,選項(xiàng)B所言的X、Y皆非氣體即其正反應(yīng)速率不受影響,故正確答案為A.
答案:A
【例3】下列各圖是溫度(或壓強(qiáng))對(duì)應(yīng);的正、逆反應(yīng)速率的影響,曲線交點(diǎn)表示建立平衡時(shí)的溫度或壓強(qiáng),其中正確的是
解析:曲線交點(diǎn)表示建立平衡時(shí)的溫度或壓強(qiáng),升高溫度,增加壓強(qiáng),、均增大,B中,D中、走向均減小,則B、D均錯(cuò);可逆反應(yīng);的正反應(yīng)是一個(gè)氣體體積增大的吸熱反應(yīng),則升高溫度,向正反應(yīng)方向移動(dòng),故;增加壓強(qiáng),向逆反應(yīng)方向移動(dòng),故。
答案:A、C
【例4】 現(xiàn)有可逆反應(yīng)A(g)+2B(g)nC(g)+Q,在相同溫度、不同壓強(qiáng)時(shí),A的轉(zhuǎn)化率跟反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系如圖4,其中結(jié)論正確的是 [ ].
A.p1>p2,n>3 B.p1<p2,n>3
C.p1<p2,n<3 D.p1>p2,n=3
解析: 當(dāng)其他條件不變時(shí),對(duì)于有氣體參加的可逆反應(yīng),壓強(qiáng)越大,到達(dá)平衡的時(shí)間越短.圖象中曲線和橫軸平行,表明反應(yīng)已達(dá)平衡.由圖象知道,當(dāng)壓強(qiáng)為p2時(shí),該反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間較短,故p1<p2.在其他條件不變的情況下,增大壓強(qiáng)會(huì)使化學(xué)平衡向著氣體體積縮小的方向移動(dòng).因p1<p2,且當(dāng)壓強(qiáng)為p1時(shí),A的轉(zhuǎn)化率較大,所以正反應(yīng)為氣體體積增加的反應(yīng),即1+2<n,故正確答案選B。
答案:B
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