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巧记平衡状态的标志及转化率的变化

来源:未知作者:张澳 点击:所属专题: 平衡状态 转化率
《化学平衡》这一章中在高中化学占有相当重要的地位,它是学生接触的第一章理论部分,内容比较抽象;同时又是电离平衡、水解平衡的基

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《化学平衡》这一章中在高中化学占有相当重要的地位,它是学生接触的第一章理论部分,内容比较抽象;同时又是电离平衡、水解平衡的基础。本章平衡状态的标志因种种繁多,学生较难记忆,较难理解接受,成为难点;增大反应物的浓度,反应物的转化率变化也成为了学生的难点。笔者长期教学,现将这两个方面的内容作了如下小结,简化学生记忆的强度,以求事半功倍的效果。


1化学平衡状态的判断

化学平衡的实质是V(正)=V(逆),这是本质原因,是直接标志;而体系的各组分百分含量不变是体系的宏观标志。但因与体系相关的因素很多,故可以衍生出许多标志。举例如下:


举例反应

mA(g)+nB(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化pC(g)+qD(g)

混合物体系中各成分的含量

①各物质的物质的量或各物质的物质的量分数一定

平衡

②各物质的质量或各物质的质量分数一定

平衡

③各气体的体积或体积分数一定

平衡

④总压强、总体积、总物质的量一定

不一定平衡

正、逆反应速率的关系

①在单位时间内消耗了Mmola同时生成MmolA,即V(正)=V(逆)

平衡

②在单位时间内消耗了nmOLb同时消耗PmolC,则V(正)=V(逆)

平衡

③VA:VB:VC:VD=M:N:P:Q,V(正不一定等于)V逆

不一定平衡

④在单位时间内生成了nmOLB,同时消耗QmolD,因均指V(逆)

不一定平衡

压强

①M+N≠P+Q时,总压强一定(其他条件一定)

平衡

②M+N=P+Q时,总压强一定(其他条件一定)

不一定平衡

混合气体的平均分子量

① 一定时,只有当M+N≠P+Q时,

平衡

② 一定,但M+N=P+Q时

不一定平衡

温度

任何化学反应都伴随着能量变化,在其他条件不变的条件下,体系温度一定时

平衡

体系的密度

密度一定

不一定平衡

体系的颜色

若有一种气体有颜色,当混合气体的颜色不再变化时

平衡


通过分析,现可从如下两个方面小结:


1.1从速率角度分析:“一正一反”原则

若已知两种物质都是反应物或都是生成物(在方程式同一边的物质)即“一正”,则速率必须一个是生成速率,另一个必是消耗速率即“一反”,且速率之比等于化学方程式计量系数之比,说明反应体系达到了平衡;若两种物质一种是反应物,另外一种是生成物(物质在方程式两边),即“一反”,速率的类型就必须相同,要么都是生成速率要么都是消耗速率,即“一正”,且速率之比等于化学方程式计量系数之比,说明反应体系达到了平衡。


1.2从物理量变化角度分析:“平衡移动物理量变化”原则

若平衡体系从状态1移动到平衡状态2时,若某物理量同时发生变化,则该物理量就可以作为平衡的标志。

例1:(1995高考)在一定的温度下,可逆反应A(气)+3B(气)巧记平衡状态的标志及转化率的变化C(气)达到平衡的标志是:(  )

A.C的生成速率与C的分解速率相等                      B.单位时间生成nmolA同时生成3nmol B.

C.A、B、C浓度不再变化                                        D.A、B、C的分子数比为1:2:3

解析:对于用同一物质表示的速率问题,生成速率与分解速率相等时体系平衡,故A正确;对于B而言,因A、B都是反应物,这是“一正”,而速率也都是生成速率,不满足“一反”,故B错误;对于浓度这个物理量而言,若体系从平衡状态1移动到平衡状态2时,浓度一定发生变化,故浓度这个物理量不再变化时,标志着体系平衡;而D选项,当平衡体系移动,分子数之比要发生变化,故D不正确。

例2:以CO(g)十H2O(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化CO2(g)+H2(g)反应为例,分析哪些物理量能作为平衡的标志?

                                          CO(g)十H2O(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化CO2(g)+H2(g)

                   平衡状态1:1mol/L   1 mol/L         1 mol/L    1 mol/L

(条件改变)平衡状态2:0.5mol/L   0.5mol/L      1.5mol/L     1.5mol/L

解析:从化学反应可知,当平衡移动时,浓度、百分含量、体系温度都随着平衡的移动发生变化,因此当这三个物理量若不再随着时间变化,能够说明体系达到平衡。而总物质的量、压强、平均摩尔质量、密度等这些物理量,当平衡移动时,都不发生变化,故这些物理量不变时,不能说明体系达到平衡了。


2反应物浓度的增大与转化率的变化关系

很多同学受定势思维的影响,往往将平衡向正反应方向移动与反应物转化率的增大等同起来。现举例具体分析如下:(均以恒容情况考虑)


反应实例

条件变化与平衡移动方向

达新平衡后转化率变化

2SO2(g)+O2(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化2SO3(g);△H<0

增大O2浓度,平衡正移

SO2的转化率增大,O2的转化率减小

增大SO3浓度,平衡逆移

从逆反应角度看,SO3的转化率减小

升高温度,平衡逆移

SO2、O2的转化率都减小

增大压强,平衡正移

SO2、O2的转化率都增大

2NO2(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化N2O4(g)

体积不变时,加入NO2

NO2的转化率增大

2HI(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化H2(g)+I2(g)

增大H2的浓度,平衡逆移

H2的转化率减小,I2的转化率增大

增大HI的浓度,平衡正移

HI的转化率不变

增大压强,平衡不移动

转化率不变


从表中分析发现,反应物浓度的增大,该反应物的转化率可能减小、增大或者不变。通过分析,增大反应物的浓度时,转化率的变化情况有如下规律,现小结如下:


2.1多组分反应体系

mA(g)+nB(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化pC(g)+qD(g),增大某反应物浓度,该反应物的转化率减小,而其它的反应物的转化率则增大。减小某一反应物浓度,该反应物的转化率增大,而其它的反应物的转化率则减小。


2.2单组分反应体系

mA(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化pC(g)+qD(g),增大反应物的浓度,转化率与反应前后的气体体积差有关,其效果等效于加压。如体积减小,则该反应物的转化率增大;如体积增大,则该反应物的转化率减小。若反应前后无体积差,则转化率不变。

等效处理方法:增加一个中间等效处理过程,即先让加入物质在外面平衡且与原平衡等效后,再压入原体系,整个体系等效于加压,根据气体系数差判断整体平衡移动情况,再分析转化率的变化。


例3:一真空密闭容器中盛有1mol PCl5,加热到200℃时发生PCl5(g)巧记平衡状态的标志及转化率的变化PCl3(g)+Cl2(g),反应达到平衡后,PCl5的转化率为m%,若在同一温度和同一容器中最初投入的是2mol PCl5,反应达到平衡时,PCl5的转化率为n%,则mn的正确关系是:()

A.mn              B.mn                      C.mn                   D.不能确定

解析:增加反应物的量,体积不变,即增加反应物的浓度,而该反应是单组分反应体系,其效果等效于加压。增加反应物的浓度,在外面等效平衡后的体系压入原体系后整个体系的平衡向体积减小的方向移动,即向PCl5生成的方向移动,所以PCl5的转化率减少,即mn,故选A。


练习:在一密闭容器中充入1mol NO2建立如下平衡:2NO2巧记平衡状态的标志及转化率的变化N2O4,此时NO2的转化率是x%,在其它条件不变的条件下,再充入1mol NO2,待新平衡建立后测得NO2的转化率为y%,则大小关系是:

A.xy     B.xy    C.xy     D.不能确定

(责任编辑:化学自习室)
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