化學平衡基本知識和規(guī)律

化學平衡的基本知識和規(guī)律 一、化學反應速率 1．概念 定義：用單位時間內反應物濃度的減少或生成物濃度的增加來表示化學反應速率。 公式：＝ 單位：mol/L·s、mol/L·min等。 說明：反應速率只取正值，為平均值。表示反應速率時要注明是用某物質表示的，用不同物質來表示同一反應的反應速率，其數(shù)值不一定相同，但其數(shù)值之比值應等于化學方程式中相應物質的化學計量數(shù)比。 2．外界條件對反應速率的影響 (1)濃度：增大氣體或溶液反應物的濃度可以加快反應速率。對于可逆反應，增加反應物濃度可加快正反應速率，增加生成物濃度可加快逆反應速率。 (2)壓強：增大氣體反應物的壓強實質上是增加了氣體反應物的濃度，也可以加快反應速率。對于可逆反應，增加壓強對氣體體積減少的反應的影響比對氣體體積增大的反應的影響大得多。 (3)溫度：升高溫度，可以成倍地加快反應速率。每升高10℃，化學反應速率一般增大2～4倍。對于可逆反應，升高溫度對吸熱反應的影響比對放熱反應的影響大得多。例外：(1)2NO＋O22NO2，溫度升高，反應速率減慢；(2)酶的催化，在溫度過高時，活性減小，速率減慢。(4)催化劑：使用正催化劑可以成千千上萬萬倍地加快反應速率。例如，二氧化硫氧化為三氧化硫，使用催化劑的速率是不使用催化劑的速率的一億六千萬倍；全成氨反應中，使用催化劑的速率是不使用催化劑的速率的1016倍。使用負催化劑可以抑制有些化學反應的進行。 (5)接觸面積：增大固體表面積，可以加快反應速率。增加固體的量，或將固體粉碎，以及混合、攪拌等都可以增大參加反應物質的接觸面積。 (6)光、超聲波、激光、放射線、電磁波、反應物顆粒大小、擴散速率、溶劑等對化學反應速率都有影響。 3．催化劑 概念：能改變化學反應速率，而本身的性質和質量都不改變的物質。(一變兩不變)特點：①催化劑有選擇性；②有一定的活性溫度；③催化劑不一定不參加反應，有的催化劑可與反應物生成中間生成物，有的則通過吸咐起作用；④對于可逆反應，催化劑同等程度地改變反應速率，因而不能改變反應物的轉化率，但可縮短反應達到化學平衡的時間；⑤有些物質可使催化劑出現(xiàn)暫時中毒或永久中毒。85%以上的化工生產都要使用催化劑。有些反應沒有用催化劑，不是因為不需要催化劑，而是目前找不到合適的催化劑。分類：正催化劑：加快反應速率。負催化劑：減緩反應速率。如緩蝕劑。二、化學平衡化學平衡狀態(tài)1定義：在一定條件下的可逆反應，正反應和逆反應的速率相等，反應混合物中各組分的濃度保持不變時的狀態(tài)。 2化學平衡特點 動：動態(tài)平衡：總＝0，正＝逆0 定：當一個可逆反應達到平衡時，所有參與物的濃度和可觀測的性質都保持恒定。具體表現(xiàn)為“一等六定”：一等：正逆反應速率相等；六定：①物質的量一定，②平衡濃度一定，③百分含量保持一定，④反應的轉化率一定，⑤產物的產率一定，⑥正反應和逆反應速率一定。平衡時，反應物的轉化率最大，產物的產率最大。同：平衡的到達與途徑無關。在相同的條件下，一個可逆反應，無論從正反應開始，還是從逆反應開始，或是正、逆反應同時開始，都可以建立相同的平衡狀態(tài)。 變：平衡可以發(fā)生移動。 3化學平衡狀態(tài)的判斷： 除了上述的“一等六定”外，還可考慮以下幾點：同一物質單位時間內的消耗量與生成量相等。不同物質間消耗物質的量與生成物質的量之比符合化學方程式中各物質的化學計量數(shù)比。一定條件下，反應物的轉化率最大，或產物的產率最大。對于有顏色變化的可逆反應，顏色不再改變時。對于反應前后氣體總體積不變的可逆反應，還可考慮以下幾點：反應混合物的平均相對分子量不再改變。反應混合物的密度不再改變。反應混合物的壓強不再改變。還可以從化學鍵的生成和斷裂的關系去判斷是否處于化學平衡狀態(tài)。 2．化學平衡移動 1化學平衡移動的判斷 當條件改變時，m生增加，表示平衡向右移動；m反增加，表示平衡向左移動。 判斷原則：當正＞逆，平衡向右移動；當正＝逆，平衡不移動；當正＜逆，平衡向左移動。 2外界條件對化學平衡的影響 濃度：在其它條件不變時，增大任意反應物的濃度或減小任意生成物的濃度，平衡向正反應(右)方向移動；減小任意反應物的濃度或增大任意生成物的濃度，平衡向逆反應(左)方向移動。注意：指氣體或溶液的濃度，增加固體或純液體的量，平衡不移動。 壓強：在其它條件不變時，增大平衡體系的壓強，平衡向著氣體體積縮小(分子數(shù)減小)的方向移動；減小平衡體系的壓強，平衡向著氣體體積增大(氣體分子數(shù)增多)的方向移動。注意：無氣體存在的反應，或反應前后氣體體積不改變的反應，改變壓強平衡不發(fā)生移動。 溫度：在其它條件不變時，升高平衡體系的溫度，平衡向著吸熱反應的方向移動；降低平衡體系的溫度，平衡向著放熱反應的方向移動。 勒沙特列原理：當改變影響平衡的一個條件，平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。 注意：①只適用于已建立平衡狀態(tài)的體系；②只改變一個條件；③平衡移動的結果是“減弱”，而不是“消除”這種影響。3．有關平衡移動的一些規(guī)律和注意問題： 1化學平衡移動不是由內因造成的，而是由外因，即條件的變化所引起。化學平衡移動實質上是外部條件的改變對平衡體系的正、逆反應速率不公正的影響，造成正、逆反應速率的均衡被打破的結果。因此，凡能不等同地改變正、逆反應速率的條件都能引起平衡移動。 2平衡移動，一般會造成速率、平衡濃度、百分含量等都發(fā)生變化，但速率、平衡濃度變了，并不意味著平衡一定發(fā)生移動。如催化劑的影響，以及對于反應前后氣體無體積變化的反應中壓強的影響，都有速率變化，而無平衡移動。因此，平衡移動與否應該看百分含量是否改變。 3化學平衡右移，生成物的物質的量必定增加。 4物質的量濃度既與溶質物質的量有關，也與溶液體積有關。因此，只有定容時，平衡右移，生成物的濃度才增加。 5物質的百分含量既與本身物質的量或氣體體積有關，也與總的物質的量或氣體總體積有關。因此，只有不改變體系總質量時，平衡右移，生成物的百分含量才會增加。即此時物質的量、濃度、產率和百分含量才會有一致的關系。 6在反應混合物總質量不變的前提下如壓強或溫度的變化使化學平衡移動時，化學平衡總是各向著平衡混合物某組成成分百分含量增大的方向移動。百分含量越大，平衡移動的程度越大。 7由于增加一反應物的濃度，化學平衡向正反應方向移動，另一反應物的轉化率要增大，生成物的濃度要增大。但由于濃度增加引起平衡時反應混合物總的物質的量的增加，生成物的百分含量不一定會提高，該反應物的轉化率往往會減少。 8同一反應中不同反應物的轉化率一般并不相等，相等只是偶然的巧合。但如果兩反應物的起始濃度或起始物質的量，或起始氣體體積之比剛好等于化學方程式中兩反應物的系數(shù)之比，那末兩反應物的轉化率才相等。生成物的產率也類似于此 9對于2HIgH2g＋I2g，增加HI的量，轉化率不變。 10對氣體反應來說，濃度和壓強的影響是相同的，改變壓強對反應速率的影響，實質上是濃度變化的影響；但二者又有區(qū)別，壓強只對氣體反應有影響，而濃度則對氣體反應和溶液反應皆有影響；改變壓強是對整個平衡體系而言，而濃度的改變可以是任意反應物或生成物。因此，在解釋壓強對化學平衡的影響時，要從濃度的變化去考慮；而在氣體可逆反應中，若同時增大體積或縮小體積，即反應物和生成物濃度同倍改變時，無法判斷平衡移動方向，此時應將濃度問題轉化為壓強問題考慮，才能判斷平衡移動的方向。另外，對于加入惰性氣體于定容或定壓的密閉容器，平衡是否移動的問題，也要用這個規(guī)律去解決。加入惰性氣體能否影響平衡，關鍵在于濃度是否改變。若定壓可變密閉容器，由于體積增大，濃度減小，對于反應前后氣體分子數(shù)不等的反應，平衡要發(fā)生移動；若定容固定密閉容器，盡管壓強增大，因為各物質濃度未發(fā)生變化，平衡不發(fā)生移動。 11解題中要注意題中的字詞，如“密閉容器”和“固定密閉容器”，定容還是定壓。另外，還要考慮兩類不同可逆反應的平衡狀態(tài)和移動的情況： ①N2＋3H22NH3②2HIgH2g＋I2g ③4NO＋5O24NH3＋6H2O④Fe3O4＋4H23Fe＋4H2Og①和③可用壓強、密度和平均相對分子量來判斷平衡狀態(tài)，而②卻不可能，④與②不同的是可用平均相對分子量來判斷平衡狀態(tài)。4．化學平衡的有關計算 平衡計算涉及的可逆反應通式和實例： A＋3B2CN2＋3H22NH3 A2BN2O42NO22A2B＋C2SO32SO2＋O22NO22NO＋O2 AB＋CPCl5PCl3＋Cl2 A＋BC＋DCO＋H2O氣CO2＋H2計算模式：mA＋nBpC＋qD初始量abcd變化量x平衡量a－xb－c－d－注意：初始量、變化量和平衡量可以是物質的量、物質的量濃度，對于氣體還可用相同條件下的體積?？蔀榫唧w數(shù)值，也可為相對量。對反應物而言，變化量為消耗量，對生成物而言，變化量為增加量。三種量的關系是：(c平)反＝(c初)反－(c變)反(c平)生＝(c初)生＋(c變)生一般可逆反應從正反應起，故：(c初)生＝0。變化量是平衡計算的關鍵，因為變化量始終是化學方程式中各物質的系數(shù)比。三、選擇適宜條件氨的合成二氧化硫氧化為三氧化硫溫度500℃500℃壓強2×107～5×107Pa(中壓法)常壓下催化劑還原鐵粉五氧化二礬濃度氮、氫以1∶2.8～3過量的氧氣不斷地引出氨氣，補充原料氣四、有關圖象 圖象問題包括利用圖象解題和根據(jù)題意作圖。前者圖象是已知條件，要求明白坐標軸代表的是什么量，弄清圖中曲線的形狀和涵義，找出相關的化學規(guī)律和關系解題；后者圖象是解答結果，要求通過相關條件找出“起點、終點和拐點”，弄清圖線是“直線、弧線和曲線”，然后正確作圖。 根據(jù)圖象解題有以下一些情況和規(guī)律： 1．—T圖：表示＝T。隨溫度變化，正、逆反應速率也在變化，T，吸，放，由于溫度變化對吸熱方向速率的影響大于對放熱方向速率的影響，表示吸熱方向速率的曲線的斜率應大些。 2．表示平衡移動中的速率。T1時的平衡，升溫到T2時建立新平衡，吸，放，吸曲線始終在上方。有學生認為靠近T2時，吸曲線的斜率變小了，不正確。其實，溫度從T1上升到T2，吸，放，這時速率的改變要影響到反應物和生成物的濃度，由于吸增加得多，相應物質的濃度減少得多，將使其速率減緩；而相反方向的物質濃度增加得多，將使其速率增加，最終達到吸＝放，建立新的平衡狀態(tài)為止。 3．圖中的轉折點最低點或最高點是平衡點，因此，轉拐之前看速率，轉拐之后看平衡移動。圖中縱坐標可表示某種量：濃度、氣體體積、百分含量、反應物的轉化率或產物的產率，橫坐標表示外部條件，如溫度、壓強或濃度。 4．三維圖：一般是某種量—T—P，可將三維圖轉化為二維圖：某種量—T和某種量—P進行分別分析。 5．速率時間圖：＝t，用來表示化學平衡移動。包含的規(guī)律如下：上方速率決定移動的方向，如正在上，則平衡向正反應移動。溫度、壓強影響要斷線，濃度影響線相連。催化劑不影響平衡，但速率要改變，故平行線上移。兩平行線距離較大。 ④對反應前后氣體總體積不改變的可逆反應，改變壓強平衡不移動，但由于反應速率要改變，故平行線上移或下移。兩平行線距離較小。 例如：1．可逆反應nX(g)＋Y(g)mZ(g)－Q(Q＞0)的X％與溫度關系如下圖所示，圖中曲線上a、d點是代表平衡時X％與溫度關系的兩點，b、c兩點是反應混合物未平衡時的兩點。若研究時于密閉容器中以定壓進行反應，當正＞逆時，則在右圖中，表明此種情況下的點是(B)A.a點B.b點C.c點D.d點 2．等質量的兩份鋅粉a和b，分別加入過量的稀硫酸中，a中同時加入少量CuSO4溶液，下列各圖中表示其產生氫氣總體積(V)與時間(t)的關系正確的是(A) ABABCDaaaabbbbttttVVVV 3．反應2X(g)＋Y(g)2Z(g)＋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(nZ)與反應時間(t)的關系如圖所示。下述判斷正確的是(C)A.T1＜T2，p1＜p2MCE9719B.T1＜T2，p1＞p2C.T1＞T2，p1＞p2D.T1＞T2，p1＜p2 MCE97194．可逆反應2A(g)＋nB(g)mC(g)在溫度分別為T1、T2，壓強分別為P1、P2的條件下，測得C的量與時間的關系如下圖。根據(jù)圖分析，P1、P2的大小關系為________________；反應式中系數(shù)m和n的關系是________________；該反應的逆反應是_____熱反應。4P2＞P1；m＞2＋n；吸5．可逆反應：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)＋Q試根椐下圖回答：(1)壓強p1比p2________(填大、小)；(2)體積(a＋b)比(c＋d)_______(填大、小)；(3)溫度t1℃比t2℃_______(填高、低)(4)Q值是______(填正、負)5(1)小(2)小(3)高(4)負A％壓強0P·6．對于反應xA(g)＋A％壓強0P·D(s)，A的百分含量與外壓強有如下圖的關系，(容器體積、溫度不變)則：(1)P點左面曲線表示為________________________________________________________________；(2)X(＜、＝、＞)_____Y，其理由是：_________________________________________________________________________________________。6(1)在未達平衡前的情況(2)＜；達到平衡點P后加壓，A％增加，說明平衡向左移動了7．如圖所示在某溫度下經t時間反應后，物質X、Y、Z、W的物質的量的變化情況。試回答：(1)反應物是___________，生成物是____________；(2)所發(fā)生反應的化學方程式_____________________________________________；(3)已知反應物是由短周期元素組成的單質，在常溫下一種為固體，另一種為氣體，生成物Z和W在常溫下一種為液體，另一種為固體，其中一種是重要的化工原料，用來制造敵百蟲等多種農藥。則此反應物是_____________(寫單質的名稱)。7(1)X和Y；Z和W(2)4X＋2Y＝Z＋W(3)磷和氯氣8．相等物質的量的X氣體和Y氣體混合后，一定條件下發(fā)生反應：Xg＋YgnZg。保持壓強不變，經時間t，Z氣體在反應混合物中的體積分數(shù)與溫度T的關系如圖Ⅰ所示。 1此反應的正反應方向是填吸熱或放熱反應。 2T1表示此反應在時間t內達化學平衡時的填最高或最低溫度。若保持T1不變此時間為t1，請在圖Ⅱ上描繪出Z%與時間t的關系曲線。 3在T＜T1的某一溫度時，該反應能否建立平衡填能或不能。 4若在T2時增大壓強，達新平衡時Z%將增大，則化學方程式中n的取值為。 81放2最低；3不能419．可逆反應：H2(g)＋I2(g)2HI(g)＋8.8kJ，在一定條件下達到平衡，請回答下列有關問題：(1)若增大壓強，使上述平衡混合氣體體積縮小，此時平衡_______________，所觀察到的現(xiàn)象是______________________________，其原因是__________________________________________________。(2)若升高溫度，平衡所受到的影響是___________，所觀察到的現(xiàn)象是，其原因是。(3)完成下圖，以表明在t時刻以后的變化。(溫度T2＞T1)9(1)不移動；顏色加深；增大壓強體積縮小，碘的濃度增大向逆反應方向移動；顏色加深；升高溫度生成碘的濃度增大(3)如下圖表1化學反應速率和化學平衡的區(qū)別和聯(lián)系

反應速率化學平衡問題范圍影響因素時間反應快慢——生產周期(時間)可逆反應和不可逆反應內因一一性質(起決定作用)外因一一條件(C、P、T和催化劑等)＝(t)反應程度——產率可逆反應外因一—條件(C、P、T)(起決定作用)平衡狀態(tài)≠(t)聯(lián)系(1)反應速率大小與建立平衡狀態(tài)時間的關系反應速率快達到平衡的時間短反應速率慢達到平衡的時間長(2)正、逆反應速率與建立平衡狀態(tài)的關系正＝逆建立平衡狀態(tài)(3)正、逆反應速率與平衡移動的關系正＞逆平衡向右移動正＝逆平衡不移動正＜逆平衡向左移動(4)平衡時，隨時間推移正、逆反應仍在進行平衡狀態(tài)不變正＝逆≠0動態(tài)平衡狀態(tài)在上述對比中，還可以將有關圖象結合起來。由聯(lián)系(1)可以得出圖1，并可知A＜B；由聯(lián)系(2)可得出圖2，并可知條件不變，即得到一條平衡于時間軸的直線；由聯(lián)系(3)可得出圖3，并可知強者決定平衡移動的方向，即圖中上方速率決定平衡移動的方向。表2條件對可逆反應中速率(當條件改變時的瞬時速率)和平衡的影響

條件變化正逆正、逆的關系平衡移動方向平衡轉化率濃度增大反應物濃度增大不變正＞逆向正反應方向移動增大(另一反應物)減小反應物濃度減小不變正＜逆向逆反應方向移動減小增大生成物濃度不變增大正＜逆向逆反應方向移動減小減小生成物濃度不變減小正＞逆向正反應方向移動增大壓強增大壓強或縮小氣體體積增大增大反應前后氣體體積不變，正、逆反應速率增大倍數(shù)相同，正＝逆不移動不變正反應是氣體體積縮小的反應，正增大的倍數(shù)＞逆增大的倍數(shù)。向氣體體積減小，即正反應方向移動。增大正反應是氣體體積增大的反應，正增大的倍數(shù)＜逆增大的倍數(shù)。向氣體體積減小，即逆反應方向移