第2课时化学平衡的移动1.通过外界条件对可逆反应速率的影响,掌握化学平衡移动的内在因素。
2.通过实验探究,掌握浓度、压强、温度影响化学平衡移动的规律。
3.了解催化剂影响化学反应速率的实质,并进一步探讨对化学平衡的影响,从而了解催化剂在化工生产中的应用。
4.认识化学反应速率、化学平衡典型图像,学会化学平衡图像题的分析解答方法。
1.影响化学平衡状态的因素(1)浓度:增大反应物浓度,正反应速率明显加快,平衡向正反应方向移动;增大生成物浓度,逆反应速率明显加快,平衡向逆反应方向移动。
(2)温度:升高温度,平衡向吸热方向移动,降低温度平衡向放热方向移动。
(3)催化剂:催化剂能同等程度地增加正反应速率和逆反应速率,因此,催化剂对化学平衡的移动没有影响。
2.化学平衡状态的移动化学反应体系的平衡状态可以通过改变反应条件(温度、浓度、气体反应的压强)而发生变化的现象,称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
3.勒夏特列原理如果改变影响平衡的条件之一(温度、压强、以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
[新知探究]1.实验探究实验探究1:O-Fe(SCN)对可逆反应Fe3++3SCN-Fe(SCN)3,分别增大c(Fe3+)和c(SCN-)后,Fe(SCN)3的浓度均增大了,即化学平衡均向正反应方向移动了。
滴加NaOH溶液,由于3OH-+Fe3+===Fe(OH)3↓,减小了Fe3+的浓度,Fe(SCN)3的浓度也减小了,即化学平衡向逆反应方向移动了(1)增大反应物浓度或减小生成物浓度,平衡向正反应方向移动。
(2)增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡向逆反应方向移动。
[问题讨论]1.可逆反应C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)在某温度下达到平衡后,增加或移去一部分C(s),化学平衡是否移动?为什么?提示:不移动。
增加固体或纯液体的量,由于浓度不变,所以化学平衡不移动。
2.对于反应FeCl3+3KSCN Fe(SCN)3+3KCl,加入KCl固体平衡是否移动?为什么?提示:不移动。
FeCl3与KSCN在溶液里的反应,实质是Fe3+与SCN-的反应,K+和Cl-并未参加反应。
因此平衡不发生移动。
[名师点拨]图像分析以a A(g)+b B(g) c C(g)+d D(g) ΔH<0且a+b<c+d为例。
(1)增大反应物A或B 的浓度(2)减小生成物C的浓度(3)增大生成物C的浓度(4)减小反应物A或B的浓度[对点演练]1.如图所示是恒温下某化学反应的反应速率随反应时间变化的示意图,下列叙述与示意图不相符合的是( )A.反应达平衡时,正反应速率和逆反应速率相等B.该反应达到平衡态Ⅰ后,增大反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡态ⅡC.该反应达到平衡态Ⅰ后,减小反应物浓度,平衡发生移动,达到平衡态ⅡD.同一种反应物在平衡态Ⅰ和平衡态Ⅱ时浓度不相等[解析] 由题给图像可以看出,平衡态Ⅰ改变的瞬间,逆反应速率未改变,正反应速率突然增大,可知为增大反应物的浓度,B项正确,C项不正确;由于平衡向正反应方向移动,可知两平衡态时同一种反应物的浓度不相等,D项正确;反应达到平衡时,正反应速率和逆反应速率一定相等,A项正确。
[答案] C[新知探究]1.实验探究ΔH=-56.9 kJ·mol-1温度升高,平衡向吸热反应方向移动。
温度降低,平衡向放热反应方向移动。
[问题讨论]1.温度改变一定影响化学平衡吗?提示:任何的化学反应都伴随着能量的变化(放热或吸热),所以任意可逆反应的化学平衡状态,都会受温度的影响而发生移动。
2.温度改变对放热反应和吸热反应的反应速率有何影响?提示:①对于正反应为放热反应,温度升高,v正和v逆都增大,但v逆>v正,平衡逆向移动;温度降低,v正和v逆都减小,但v正>v逆,平衡正向移动。
②对于正反应为吸热反应,温度升高,v正和v逆都增大,但v正>v逆,平衡正向移动;温度降低,v正和v逆都减小,但v正<v逆,平衡逆向移动。
[名师点拨]图像分析以a A(g)+b B(g) c C(g)+d D(g) ΔH<0且为例。
(1)升高温度(2)降低温度[对点演练]2.如图所示,烧杯甲中盛放100 mL 6 mol·L-1盐酸,烧杯乙中盛放100 mL冷水,现向烧杯甲的溶液中放入25 g NaOH固体,同时向烧杯乙中放入25 g NH4NO3固体,搅拌使之溶解。
(1)A瓶中气体的颜色________,简述理由:____________________________________。
(2)B瓶中气体的颜色________,简述理由:_____________________________________。
[解析] 甲中NaOH溶解及盐酸与NaOH发生中和反应均放出热量,温度升高,平衡向逆反应方向移动,颜色加深;乙中NH 4NO3固体溶解要吸收热量。
2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,温度降低,平衡向正反应方向移动,颜色变浅。
[答案] (1)变深NaOH溶解放热,中和HCl也放热,甲中溶液及A中气体温度升高,2NO 2(g) N2O4(g) ΔH<0,平衡逆向移动,NO2浓度增大,颜色加深(2)变浅NH4NO3溶解吸热,乙中溶液及B中气体温度降低,2NO2(g)N2O4(g) ΔH<0,平衡正向移动,NO2浓度减小,颜色变浅[名师点拨](1)(2)对于反应前后气体物质的量不变的反应[如H2(g)+I2(g) 2HI(g)],改变压强,化学平衡不发生移动。
(3)图像分析以a A(g)+b B(g) c C(g)+d D(g) a+b<c+d为例。
①增大压强②减小压强(4)“惰性”气体(泛指与反应无关的气体)对化学平衡的影响:①恒温、恒容条件原平衡体系体系总压强增大,但各反应气体的分压不变―→体系中各反应成分的浓度不变―→平衡不移动。
如向N 2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡体系中充入He,平衡不移动。
②恒温、恒压条件如向H2(g)+I2(g) 2HI(g)的平衡体系中充入He,平衡不移动;而向N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡体系中充入He,平衡向左移动。
[对点演练]3.两只密闭容器A和B,A保持温度、压强不变,B保持温度、容积不变。
起始时向容积相等的A、B中分别通入体积比为2∶1的等量的SO 2和O2,使之反应:2SO2+O22SO3,并达到平衡。
(1)达到平衡所需要的时间:t(A)________t(B)(填“>”“=”或“<”下同),SO2的转化率:a(A)________a(B)。
(2)起始时两容器中的反应速率:v(A)________v(B)(填“>”“=”或“<”下同),反应过程中的反应速率:v(A)________v(B)。
(3)达到平衡时,在两容器中分别通入等量的Ar气。
A中的化学平衡向________反应方向移动,B中的化学反应速率________。
(4)达到平衡后,向两容器中分别通入等量的原反应气体,再次达到平衡时,A容器中SO2的百分含量________,B容器中SO2的百分含量________。
[解析] (1)容器B中随反应进行压强减小速率减慢,容器A中反应过程中体积减小,反应速率大;转化率大;所以达到平衡所需要的时间A小于B,SO2的转化率A大于B。
(2)起始二氧化硫和氧气浓度相同,反应速率相同;过程中A体积逐渐减小,反应速率大。
(3)容器A 中加入Ar气,体积增大,平衡向逆反应方向移动。
容器B中加入Ar气,总压强增大,分压强不变,反应速率不变。
(4)A中加等量原反应气体,为等效平衡,百分含量不变,B中压强增大,平衡向正反应方向移动,SO2百分含量减小。
[答案] (1)< > (2)=> (3)逆不变(4)不变减小[新知探究]1.影响规律因为催化剂能同等程度的改变正、逆反应的化学反应速率,所以加入催化剂只能改变化学反应速率,不影响化学平衡。
2.图像分析3.注意事项若某可逆反应在反应前后气体的总体积不发生变化,则增大该体系的压强(压缩容器体积)时,也可用上述图像表示。
[对点演练]4.[双选]下列因素一定能影响化学平衡移动的是( )A.温度B.催化剂C.反应物的浓度 D.压强[解析] 催化剂只能改变化学反应速率,不会影响化学平衡的移动。
对于没有气体参加的反应或反应前后气体的物质的量不变的反应,压强对化学平衡没影响。
[答案] AC[新知探究]1.化学平衡的移动(1)定义在一定条件下,可逆反应达到化学平衡状态,如果改变影响平衡的条件(如浓度、压强、温度等),化学平衡状态被破坏,直至正、逆反应速率再次相等,在新的条件下达到新的化学平衡状态。
这种现象称作平衡状态的移动,简称平衡移动。
(2)图示表示v 正>v 逆――→正向反应一定时间 v 正=v 逆――→改变条件 v 正≠v 逆――→一定时间v ′正=v ′逆2.勒夏特列原理(1)内容:如果改变影响平衡的条件之一(如温度、压强,以及参加反应的化学物质的浓度),平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。
(2)适用范围:适用于任何动态平衡体系(如溶解平衡、电离平衡等),非平衡状态不能用此来分析。
(3)平衡移动的结果是“减弱”外界条件的影响,而不是“消除”外界条件的影响,更不是“扭转”外界条件的影响。
[对点演练]5.在密闭容器中进行如下反应:CO 2(g)+C(s) 2CO(g) ΔH >0,达到平衡后,若改变下列条件,则指定物质的浓度及平衡如何变化。
(1)增加C ,平衡________,c (CO 2)________。
(2)缩小反应容器的容积,保持温度不变,则平衡_______,c (CO 2)________。
(3)保持反应容器的容积和温度不变,通入N 2,则平衡________,c (CO 2)________。
(4)保持反应容器的容积不变,升高温度,则平衡_______,c (CO)________。
[解析] (1)C 为固体,增加C ,其浓度不变,平衡不移动,c (CO 2)不变。
(2)缩小反应容器的容积,即增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,c (CO 2)增大。
(3)通入N 2,但容积和温度不变,平衡不会发生移动,c (CO 2)不变。
(4)容积不变,温度升高,平衡向吸热方向移动,c (CO)增大。
[答案] (1)不移动 不变 (2)向左移动 增大 (3)不移动 不变 (4)向右移动 增大[新知探究]1.物质的量(或浓度)—时间图像[n (或c )—t 图像]此类图像说明各平衡体系组分(或某一组分)在反应过程中的变化情况。