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化学平衡

化学平衡. 1. 化学平衡状态 （ 1 ）定义：化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 （ 2 ）化学平衡状态的特征： ①动： υ 正 = υ 逆 ≠ 0 ，正逆反应仍在进行，为 动态平衡 。 ②定：外界条件一定，反应物与生成物浓度保持 一定 ，百分组成保持 一定 （不一定相等）。 ③变：影响平衡的外界条件改变，平衡状态被破坏而发生移动，最终建立新的平衡。. 2．可逆反应到达平衡状态的标志 （ 1 ）直接标志： ①正反应速率等于逆反应速率 ②各组分的百分含量不随时间的改变而改变. （2）间接标志

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  1. 化学平衡

  2. 1.化学平衡状态 （1）定义：化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 （2）化学平衡状态的特征： ①动：υ正=υ逆≠0 ，正逆反应仍在进行，为动态平衡。 ②定：外界条件一定，反应物与生成物浓度保持一定，百分组成保持一定（不一定相等）。 ③变：影响平衡的外界条件改变，平衡状态被破坏而发生移动，最终建立新的平衡。

  3. 2．可逆反应到达平衡状态的标志 （1）直接标志： ①正反应速率等于逆反应速率 ②各组分的百分含量不随时间的改变而改变

  4. （2）间接标志 ①各组分的物质的量、浓度、体积分数不随时间的改变而改变 ②对于有颜色气体参加的反应，混合气体颜色不随时间改变而改变 ③对于反应前后总体积不等的反应，当恒温、恒容时，压强不变、混合气体的平均式量不变 ④对于反应前后总体积不等的反应，当恒温、恒压时，体积不变、混合气体的密度不变 ⑤对于吸热或放热反应，绝热体系的温度不随时间的改变而改变

  5. [例1] （2002河南高考题）在一定温度下，向a L密闭容器中加入1molX气体和2molY气体，发生如下反应：X（g）+2Y（g） 2Z （g） 此反应到达平衡的标志是：（） A．容器内压强不随时间变化 B．容器内各物质浓度不随时间变化 C．容器内X、Y、Z的浓度比为1：2：2 D．单位时间消耗0.1molX,同时生成0.2molZ AB

  6. [小结]υ正=υ逆≠0 ，其含义是反应体系中同一物质的消耗速率和生成速率相等。而各组分含量“不变”是指各组分的物质的量、浓度、体积分数等均保持不变，千万不能理解为相等。另外在使用压强、密度、平均式量作为判断是否到达化学平衡状态的标志时，一定要注意该反应中各物质的状态，如果均为气体，要注意反应前后气体总体积是否变化，若△V=0，无论到达平衡与否，容器内的压强、混合气体的密度、平均式量均不改变。

  7. 3.化学平衡的移动 （1）概念：已达平衡的可逆反应，由于外界条件的改变，原平衡被破坏，各组成成分百分含量发生变化，使其在新条件恒定的情况下建立起新的平衡。这种由原平衡状态向新平衡状态的转化过程，称为化学平衡的移动。 （2）原因：外界条件改变，引起υ正≠ υ逆 （3）平衡移动的方向： υ正＞υ逆，原平衡向正反应方向移动 υ正＝υ逆，原平衡不移动 υ正＜υ逆，原平衡向逆反应方向移动

  8. 4.影响化学平衡的条件 （1）浓度对化学平衡的影响： 在其它条件不变的情况下，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；反之，则向逆反应方向移动。 （2）压强对化学平衡的影响： 在其它条件不变的情况下，增大压强会使化学平衡向着气体体积缩小的方向移动；减小压强，会使平衡向着气体体积增大的方向移动。 （3）温度对化学平衡的影响： 在其它条件不变的情况下，温度升高，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动；温度降低，会使化学平衡向着放热反应的方向移动。

  9. （4）关于催化剂：因使正、逆反速率同等程度地加快，故不能使平衡发生移动。但能缩短达到平衡的时间。（4）关于催化剂：因使正、逆反速率同等程度地加快，故不能使平衡发生移动。但能缩短达到平衡的时间。 勒沙特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

  10. X Y A 再加入A B的转化率 B 再加入C A的体积分数 C 增大压强 A的转化率 D 升高温度 混合气体平均 摩尔质量 [例2] 在密闭容器中能入A、B两种气体，在一定条件下反应：2A(g)+B(g) 2C(g) ，△H<0 达到平衡后，改变一个条件，下列量（Y）的变化一定符合图中曲线的是（ ） AC

  11. [小结] 对于某一可逆反应mA(气)+nB(气) pC（气）+qD（气）达平衡时，条件变化与速率、平衡移动的关系可归纳 如下： 见讲义

  12. 5．惰性气体对反应速率、化学平衡移动的影响5．惰性气体对反应速率、化学平衡移动的影响 （1）恒温、恒容时，充入惰性气体或其他不反应的气体，虽改变了容器内的气体压强，但却没有改变反应气体产生的分压，即没有改变反应物的浓度，不影响正逆反应速率，化学平衡不移动。 （2）恒温、恒压时，充入惰性气体或其他不反应的气体，使容器体积扩大，虽未减小容器内气体压强，但却降低了反应物，生成物浓度，故降低正逆反应速率，化学平衡发生移动。若正反应是气体总体积减小的反应，充入惰性气体或其他不反应的气体，平衡向逆反应方向移动，反之，平衡向正反应方向移动。

  13. [例3]在密闭容器中，进行下列反应. 2A（ｇ）＋B（ｇ）＋C（ｓ）D（ｇ）＋Ｅ（ｇ）ΔH＞0达到平衡后，下列说法中正确的是（ ） A．若恒温定容情况下，充入一些稀有气体压强增大，但平衡不移动 B．若恒温定压条件下，加入C（s），则B的转化率将增大 C．若定容升温，在新平衡体系中A的质量分数将减小 D．在温度、压强和容积都相同时，在另一密闭容器中加入 2 mol A、1 mol B、1 molC，平衡时两个容器中D和E的浓度 分别相等 AC

  14. 6．等效平衡问题 （1）等效平衡原理 相同条件下，同一可逆反应，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，只要反应物、生成物的配比相同，建立的平衡状态是相同的。即化学平衡状态与条件有关，而与建立的平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同状态开始，只要到达平衡时条件（温度、浓度、压强等）完全相同，则可形成等效平衡。

  15. （2）等效平衡规律 ①恒温恒容条件下的等效平衡 Ⅰ类：对反应前后气体分子数改变的可逆反应，只改变起始加入量，只要通过可逆反应化学计量数之比换算成方程式左右两边同一半边的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。 Ⅱ类：对反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物（或）生成物的物质的量的比值与原平衡状态相同，则两平衡等效。 ②恒温恒压条件下的等效平衡 改变起始加入物质的物质的量，只要通过可逆反应化学计量数之比换算成方程式同一半边的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡等效。

  16. [例4]在一固定体积的密闭容器中通入2mol A和1molB，发生反应 2A（气）+B（气）3C（气）+D（气）反应达平衡时，测得C的物质的量浓度为wmol/L。若维持容器的容积不变，按下列四种配比做起始浓度，达平衡后，C的浓度仍维持wmol/L的是 （ ） A．4mol A+2molB B．2mol A+1molB +3mol C+1molD C．3mol C+1molD +1mol B D．3mol C+1molD D

  17. [例5] 在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行反应：A(g)+2B(g) 3C(g) ，已知加入1molA和3molB且达平衡后生成a molC，问： （1）平衡时C在反应混合气体中的体积分数是_______(用字母a表示)。 （2）在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和6molB，达平衡后，C的物质的量为______mol(用字母a表示)。此时C在反应混合气中的体积分数___(填增大、减少或不变)。 （3）在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和8molB，若要求平衡后C在反应混合气中的体积分数不变，则还应加入C_____mol。 （4）在同一容器中加入n molA和3n molB，在平衡时C的物质的量为mmol，若改变实验条件，可以使C的物质的量在m~2m之间变化，那么n与m的关系应是___(用字母m、n表示)。 C/4 2a 不变 6 n> 2m/3

  18. 6.合成氨工业 (1)合成氨的适宜条件： 工业上用N2和H2合成氨： N2+3H2 2NH3 ，ΔH＜0 从速率看，温度高、压强大（即N2、H2浓度大）都会提高反应速率； 从化学平衡看，温度低、压强大都有利于提高N2和H2的转化率。 可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。但从生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa帕斯卡。 温度升高，有利于提高反应速率但不利于提高N2和H2的转化率。 目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。其活性温度为450℃~550℃，即温度应在450~550℃为宜。

  19. 所以综合考虑合成氨的适宜条件为： 压强：20~50MPa帕斯卡 温度：500℃左右 催化剂：铁触媒

  20. （2）合成氨工业简述： （1）原料气的制备、净化和压缩： ①N2：将空气液化，蒸发，使它分离为N2和O2 或将空气中的O2跟碳作用：C + O2 = CO2，再除去CO2 ②H2：将水蒸气通过赤热的煤层（或焦炭层）： 原料气必须净化，否则会使合成氨所用催化剂“中毒”，合成之前，还需要将原料气用压缩机压缩至高压。 C + H2O(气) △CO + H2 在催化剂存在下：CO + H2O(气) CO2 + H2

  21. （2）氨的合成： （3）氨的分离： 从合成塔里出来的混合气体通常含15%左右的氨。为了使氨从没有起反应的N2和H2里分离出来，要把混合气体通过冷凝器，使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来，导入液氨贮罐。由气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再送到合成塔里去，以便充分利用原料。

  22. [例6]把氮气和氢气以1∶1的物质的量比混匀后分成四等份，分别同时充入A、B、C、D四个装有催化剂的真空容器中（容器容积固定），在保持相同温度的条件下，四个容器中的合成氨反应相继达到化学平衡状态。分析表中实验数据后回答下列问题（用A、B、C、D填空）[例6]把氮气和氢气以1∶1的物质的量比混匀后分成四等份，分别同时充入A、B、C、D四个装有催化剂的真空容器中（容器容积固定），在保持相同温度的条件下，四个容器中的合成氨反应相继达到化学平衡状态。分析表中实验数据后回答下列问题（用A、B、C、D填空） 容器代号 A B C D 平衡时混合物的平均相对分子质量 16 17 平衡时N2的转化率 20％ 平衡时H2的转化率 30％

  23. A （1）都达到平衡时，容器中NH3的物质的量所占的比例最大。 （2）四个容器的压强由大到小的顺序为 。 （3）达到平衡时所需时间最长的容器是 。 PA＞PD＞PB＞PC C

  24. [巩固练习] 2.

  25. 3.

  26. 4.

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