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化学平衡是暂时的,一旦外界条件改变,原有的固定的各种数量关系皆会因平衡的移动而发生改变,平衡移动时反应物的转化率如何变化,这要根据具体反应及引起平衡移动等具体原因而定,不可一概而论。下面对造成平衡移动时反应物的转化率的变化规律分析归纳如下。
一、由于压强改变而引起平衡正向移动时,反应物的转化率必定增大。反之,平衡逆向移动时,反应物的转化率必定减小。
这里的压强改变方式指容积的变化。若为加压,平衡正向移动,则正反应是一气体体积缩小的反应;若为减压,平衡正向移动,则正反应是一气体体积增大的反应。
若T、V不变条件下,向平衡体系中加入惰性气体,这时体系的总压增大,但平衡不移动,反应物转化率不变。因加入无关气体后,由于体积不变,所以平衡体系中有关物质的浓度没有变,因而不影响原平衡。
例1:在一密闭容器中,反应mA(g) nB(g)+nC(g)达平衡后,保持温度不变,将容器容积压缩到原来的一半,当达到新的平衡时,B和C的浓度均是原来的2.2倍,则错误的为: ( )
A.平衡向逆反应方向移动了
B.物质A的转化率增加了
C.物质C的质量分数增加了
D. m<2n
解析:由于体积减小一半,则体系压强为原来的两倍,若平衡不移动,则A、B、C、的的浓度应为原来的两倍,今B和C的浓度均是原来的2.2倍,故平衡应正向移动。而加压平衡向气体体积减小方向移动,所以m>2n故答案为A、D。
二、 由于温度改变而引起平衡正向移动时,反应物的转化率必定增大。反之,平衡逆向移动时,反应物的转化率必定减小。
当温度升高,平衡正向移动,则正反应是一吸热的反应;若为降温,平衡正向移动,则正反应是一放热的反应;无论哪种情况,由于反应物的初始量未变,将会有更多的反应物转化为生成物。
例2:(99上海)可逆反应:3A(g)+D3B(?)+C(?);△H>0,随着温度升高,气体平均相对分子质量有变小趋势,则下列判断正确的是 ( )
A、 B和C可能都是固体
B 、B和C一定都是气体
C、若C 为固体,则B一定是气体
D、B和C可能都是气体
解析:此题虽然没有直接问A的转化率。当温度升高,气体的相对分子质量变小,而正反应是吸热反应,所以平衡正向移动,由于没有改变A的初始量,则A的转化率必然提高。气体平均相对分子质量=m/n,若B和C都是固体,则气体只有A,其相对分子质量不变;若B和C都是气体,则m不变,而n变大,气体的相对分子质量变小;若C 为固体,则B一定是气体,这时气体的n不变,而m变小,气体的相对分子质量变小,因此B、C均不完善,正确答案为D。
三、由于增大反应物浓度(T、V不变)引起平衡移动时,有以下几种情况:
1、 对于反应物(不考虑固体反应物)不只一种的可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)
⑴、当只增加反应物之一的浓度时,该反应物的转化率降低,而另一反应物的转化率则增大。如:N2+3H22NH3平衡时增加N2的浓度,平衡正向移动,H2的转化率增大而N2的转化率降低。
即:浓度增大的反应物的转化率降低、而另一反应物转化率则升高。
⑵、若两反应物的浓度按同比例增大,这时相当于将两个一样的平衡加压,平衡将向气体体积减小的方向移动,若m+n>p+q,则两反应物的转化率均增大,若m+n<p+q,则两反应物的转化率均减小。
2、 对于反应物只有一种的可逆反应(并规定起始时只有反应物):aA(g) bB(g)+cC(g)
⑴、若反应前后气体分子数不变,即a=b+c,增加反应物的浓度时,平衡等效。反应物转化率不变:如2HI(g)H2(g)+I2(g),则无论增大或减小HI的浓度,相当于对体系加压或减压,平衡不移动,HI的转化率都不改变。
⑵、若反应后气体分子数减少、即a>b+c,增大反应物浓度,平衡正向移动。反应物转化率变大:如2NO2(g)N2O4(g),则增大NO2的浓度,相当于对体系加压,平衡向气体体积缩小的方向移动,即正向移动。NO2的转化率增大。
例3:在一定温度下,向容积固定不变的密闭容器中充入a mol NO2发生如下反应2NO2(g)N2O4(g),达平衡后再向容器中充入a mol NO2 ,达到新平衡后,与原来的平衡比较错误的是( )
A、相对平均分子质量增大
B、NO2的转化率提高
C、体系的颜色变深
D、NO2的质量分数增大
解析:可将第二次的平衡的建立看作是投入2 a mol NO2在两倍大的容器中同温下进行。这时两个平衡等效,再将第二次的体积加压为与第一次一样,则平衡将正向移动。由于气体总质量不变,而气体总物质的量减少,所以相对平均分子质量增大,所以A、B均对。D不难判断是错的。气体颜色取决于NO2的浓度,由于NO2的浓度的增大比移动后使其浓度减小的大得多,C项也对。故错误的是D。
⑶、若反应后气体分子数增大,即a<b+c,增大反应物浓度,平衡逆向移动。反应物转化率变小:如2NH3N2+3H2,则增大NH3的浓度,也相当于将原体系加压,平衡向气体体积缩小的方向移动,即逆向移动。NH3的转化率减小。
例4:将装有1molNH3的密闭容器加热,部分NH3分解后达到平衡,此混合气体中NH3的体积分数为x%;若在同一容器中最初充入的是2 mol NH3,密封、加热到相同温度,反应达到平衡时,设此时混合气体中NH3的体积分数为y%。则x和y的正确关系是( )
A、x>y
B、x<y
C、x=y
D、x≥y
解析:可先将后一种看做是两倍体积的容器中于同温下建立平衡,此时两平衡等效,再将后者体积缩小为前者一样大,即加压,平衡向气体体积缩小方向移动,即逆向移动。所以后者氨的转化率变小,故答案为A。
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