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2019-2020年高中化學(xué)（大綱版）第二冊(cè) 第二章 化學(xué)平衡 第三節(jié)影響化學(xué)平衡的條件(備課資料) 一、化學(xué)平衡圖象問題的解題方法 1．速率—時(shí)間圖 此類圖象定性地揭示了v正、v逆隨時(shí)間（含條件改變對(duì)速率的影響）而變化的規(guī)律，體現(xiàn)了平衡的“動(dòng)、等、定、變”的基本特征，以及平衡移動(dòng)的方向。 ［例1］對(duì)達(dá)到平衡狀態(tài)的可逆反應(yīng)X+Y Z+W，在其他條件不變的情況下，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率變化圖象如右圖所示，則圖象中關(guān)于X、Y、Z、W四種物質(zhì)的聚集狀態(tài)為（ ） A. Z、W均為氣體，X、Y中有一種是氣體 B. Z、W中有一種是氣體，X、Y皆非氣體 C. X、Y、Z、W皆非氣體 D. X、Y均為氣體，Z、W中有一種為氣體 分析：有一些同學(xué)錯(cuò)選B，認(rèn)為增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積縮小的方向移動(dòng)。其實(shí)，圖象告訴我們的是：增大壓強(qiáng)，加快了正、逆反應(yīng)，但逆反應(yīng)速率增大的幅度大于正反應(yīng)速率增大的幅度，由此而導(dǎo)致平衡向左移動(dòng)。而壓強(qiáng)的改變，只影響氣體反應(yīng)的速率，選項(xiàng)B所言的X、Y皆非氣體即其正反應(yīng)速率不受影響，故正確答案為A。 2. 濃度～時(shí)間圖 此類圖象能說明各平衡體系組分（或某一成分）在反應(yīng)過程中的變化情況。解題時(shí)要注意各物質(zhì)曲線的折點(diǎn)（達(dá)平衡時(shí)刻），各物質(zhì)濃度變化的內(nèi)在聯(lián)系及比例符合化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系等情況。 ［例2］右圖表示800℃時(shí)A、B、C三種氣體物質(zhì)的濃度隨時(shí)間的變化情況，t1是到達(dá)平衡狀態(tài)的時(shí)間。試回答： （1）該反應(yīng)的反應(yīng)物是 ； （2）反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率是 ； （3）該反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。 分析：起始時(shí)A的濃度為2.0 molL-1;B、C的濃度為0，隨著時(shí)間的推移,A的濃度降低為1.2 molL-1,C的濃度升高為1.2 molL-1,B的濃度升高為0.4 molL-1。t1時(shí)刻后各物質(zhì)濃度不再變化，說明反應(yīng)已達(dá)平衡，得出A為反應(yīng)物，B、C為產(chǎn)物，它們濃度變化的差值之比為化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。 答案：（1）A （2）40% （3）2A B+C。 3. 含量～時(shí)間～溫度（壓強(qiáng)）圖 這類圖象反映了反應(yīng)物或生成物的量在不同溫度（壓強(qiáng)）下對(duì)時(shí)間的關(guān)系，解題時(shí)要注意一定條件下物質(zhì)含量不再改變時(shí)，應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的特征。 ［例3］同壓、不同溫度下的反應(yīng)：A(g)+B(g) C(g)+Q A的含量和溫度的關(guān)系如右圖所示，下列結(jié)論正確的是（ ） A.T1＞T2，Q＜0 B. T1＜T2，Q＜0 C. T1＞T2，Q＞0 D. T1＜T2，Q＞0 分析：在其他條件不變的情況下，升高溫度加快反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間。由圖象可知，T1溫度下，反應(yīng)先達(dá)平衡，所以T1＞T2。在其他條件不變的情況下，升高溫度平衡向吸熱方向移動(dòng)，降低溫度平衡向放熱方向移動(dòng)。因?yàn)門1＞T2，達(dá)平衡時(shí)T1溫度下A的含量較大，即A的轉(zhuǎn)化率降低，所以升溫時(shí)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。因此該反應(yīng)的正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，即Q＞0，故正確答案選C。 答案：C ［例4］現(xiàn)有可逆反應(yīng)A（g）+2B(g) nC(g)+Q，在相同溫度、不同壓強(qiáng)時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率跟反應(yīng)時(shí)間（t）的關(guān)系如右圖所示，其中結(jié)論正確的是（ ） A.p1＞p2,n＞3 B. p1＜p2,n＞3 C. p1＜p2,n＜3 D. p1＞p2,n=3 分析：當(dāng)其他條件不變時(shí)，對(duì)于有氣體參加的可逆反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，到達(dá)平衡的時(shí)間越短。圖象中曲線和橫軸平行，表明反應(yīng)已達(dá)平衡。由圖象知道，當(dāng)壓強(qiáng)為p2時(shí)，該反應(yīng)到達(dá)平衡的時(shí)間較短，故p1＜p2。在其他條件不變的情況下，增大壓強(qiáng)會(huì)使化學(xué)平衡向著氣體體積縮小的方向移動(dòng)。因p1＜p2，且當(dāng)壓強(qiáng)為p1時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率較大，所以正反應(yīng)為氣體體積增加的反應(yīng)，即1+2＜n，故正確答案選B。 答案：B 4. 恒壓（溫）線 該類圖象的縱坐標(biāo)為物質(zhì)的平衡濃度或反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，橫坐標(biāo)為溫度或壓強(qiáng)。 ［例5］對(duì)于反應(yīng)2A(g)+B(g) 2C(g)+Q(Q＞0)，下列圖象正確的是（ ） 分析：首先要知道該反應(yīng)是氣體體積縮小的放熱反應(yīng)，此反應(yīng)的平衡體系受壓強(qiáng)的影響是：增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，A的轉(zhuǎn)化率增大，B的含量減小，C的含量增大。升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，A的轉(zhuǎn)化率減小，B的含量增大，C的含量減小。A圖象雖表示B的含量隨溫度升高而增加，但若平衡是從C物質(zhì)開始反應(yīng)而建立的，則符合此反應(yīng)。另外，從反應(yīng)開始到建立平衡，溫度越高，到達(dá)平衡的時(shí)間越短。由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，建立平衡后，溫度越高，B的含量就應(yīng)越大，因此A、D圖象正確，符合上述平衡體系，B、C 圖象不符合題意。 答案：AD 5. 速率～溫度（壓強(qiáng)）圖 如對(duì)2SO2+O2 2SO3+Q的反應(yīng)，升溫時(shí)v正、v逆的變化如右圖所示。 ［例6］對(duì)于可逆反應(yīng)：A2(g)+3B2(g) 2AB3(g)+Q，下列圖象中正確的是（ ） 分析：該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積縮小且放熱的反應(yīng)。圖象A正確，因?yàn)闇囟壬?，正逆反?yīng)都加快，在二曲線相交處可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，交點(diǎn)后逆反應(yīng)速率的增加更為明顯，與正反應(yīng)是放熱反應(yīng)相符。針對(duì)該反應(yīng)特點(diǎn)，只升溫而使平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，A的含量增加；只加壓而使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，A的含量減少，B也正確。對(duì)可逆反應(yīng)，溫度越高，到達(dá)平衡的時(shí)間越短，C不合題意。圖象D表示的意義是：增大壓強(qiáng)逆反應(yīng)速率的加快比正反應(yīng)明顯，與本反應(yīng)是氣體體積縮小的特點(diǎn)相悖，故正確答案為A、B。 答案：AB 二、有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算 有關(guān)化學(xué)平衡的計(jì)算有：濃度(起始濃度、轉(zhuǎn)化濃度、平衡濃度)、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率、平衡時(shí)各組分的含量以及氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量、氣體體積、密度、壓強(qiáng)、物質(zhì)的量等有關(guān)計(jì)算。其計(jì)算關(guān)系有： 1．物質(zhì)濃度的變化關(guān)系 (1)反應(yīng)物：平衡濃度=起始濃度-轉(zhuǎn)化濃度 (2)生成物：平衡濃度=起始濃度+轉(zhuǎn)化濃度 其中：各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于它們?cè)诨瘜W(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。 2．反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 轉(zhuǎn)化率=100％ 3．產(chǎn)品的產(chǎn)率 產(chǎn)率=100％ 4．在密閉容器中有氣體參加的可逆反應(yīng)，計(jì)算時(shí)可能用到阿伏加德羅定律的兩個(gè)推論： （1）恒溫恒容時(shí)： (2)恒溫恒壓時(shí)： 5．計(jì)算模式 aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) 起始物質(zhì)的量(mol) m n 0 0 轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量(mol) ax bx cx dx 平衡物質(zhì)的量(mol) m-ax n—bx cx dx 說明：同一密閉容器中的可逆反應(yīng)，計(jì)算時(shí)也可用相應(yīng)的濃度來表示。 [例1]將固體NH4I置于密閉容器中，在某溫度下發(fā)生下列反應(yīng)： NH4I(g) NH3(g)+Hl(g) 2HI(g) H2(g)+I2(g) 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，c(H2)=0．5 molL-1,c(HI)=4 molL-1,則NH3的濃度為( ) A．3．5 molL-1 B．4 molL-1 C.4．5 molL-1 D．5 molL-1 解析：本題中物質(zhì)之間量的關(guān)系可表示如下： 剩余的HI（平衡時(shí)的HI） 轉(zhuǎn)化為H2的HI NH3總量：HI總量 由平衡時(shí)H2的濃度為O．5 molL-1可知，在反應(yīng)2Hl(g) H2(g)+H2(g)中HI的轉(zhuǎn)化濃度必然是l molL-1。由HI的平衡濃度為4 molL-1可知，未轉(zhuǎn)化前HI的濃度為5 molL-1，此濃度也就是由NH4l分解后產(chǎn)生的HI濃度。從反應(yīng)NH41(s) NH3(g)+ HI(g)可知，NH3的濃度與分解后產(chǎn)生的HI濃度相等，故NH3的濃度為5 molL-1。 答案：D [例2]在5 L的密閉容器中充入2 mol A氣體和1 mol B氣體，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2A(g)+B(g) 2C(g)，達(dá)到平衡時(shí)，在相同溫度下測(cè)得容器內(nèi)混合氣體的壓強(qiáng)是反應(yīng)前的，則A的轉(zhuǎn)化率為 ( ) A．67％ B．50％ C．25％ D.5％ 解析：本題是一道基礎(chǔ)的化學(xué)平衡計(jì)算題，只需直接由反應(yīng)前后的壓強(qiáng)之比列式便可得解，設(shè)A的轉(zhuǎn)化率為x。 2A(g) + B(g) 2C(g) n總 起始物質(zhì)的量(mol) 2 l 0 3 轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量(mol) 2x x 2x 平衡物質(zhì)的量(mol) 2-2x 1-x 2x 3-x 因?yàn)楹銣睾闳菹拢?, 即，得x=0.5即50%。 答案：B 三、化學(xué)平衡移動(dòng)原理在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用 化學(xué)平衡研究的是可逆反應(yīng)進(jìn)行的方向和程度，但是更重要的是利用外界條件的改變。改變它的程度，使之對(duì)生產(chǎn)和生活有利。例如450℃及101 kPa時(shí)，氮、氫合成氨的產(chǎn)率僅0.3％，即反應(yīng)進(jìn)行的程度太低，如果不通過外界條件的控制來提高反應(yīng)進(jìn)行的程度，那么合成氨的反應(yīng)用于生產(chǎn)，實(shí)際上沒有什么意義。 事實(shí)上，反應(yīng)的速率和反應(yīng)進(jìn)行的程度都可以通過條件的改變加以控制。 乙醇(酒精)和乙酸(又名醋酸)可以發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸乙酯(一種有機(jī)溶劑，又名香蕉水)。l mol乙酸和l mol乙醇反應(yīng)時(shí)，酯化極限為,而常溫下達(dá)到這個(gè)極限(即達(dá)到平衡)需要16年。如果溫度升到150℃，縮短到只要幾天就達(dá)到平衡。如果加入適量濃硫酸作催化劑，l~2小時(shí)即可達(dá)到平衡，但反應(yīng)進(jìn)行的程度仍只有。實(shí)際生產(chǎn)中，可采取兩種措施提高這個(gè)極限，第一是適當(dāng)加大廉價(jià)原料乙醇的用量，第二是生產(chǎn)過程中利用乙酸乙酯的易揮發(fā)性，不斷地把生成的乙酸乙酯從反應(yīng)混合物中分離出去。同時(shí)采取這兩種措施能又快又多地生產(chǎn)出乙酸乙酯。 日常生活中也不乏這樣的事例，如人的牙齒在唾液中存在下列平衡： 脫礦 礦化 Ca5(P04)3OH(s) 5Ca2++3P0+OH- 口腔中如果保留酸性物質(zhì)，就會(huì)降低OH-離子濃度，使平衡向脫礦方向移動(dòng)，牙齒受到腐蝕。使用含氟牙膏，加氟加鈣，平衡向礦化方向移動(dòng)，牙齒受到保護(hù)，甚至牙齒的質(zhì)地變得更好。 法國(guó)科學(xué)家勒夏特列潛心研究外界條件影響化學(xué)平衡的問題，于1888年發(fā)現(xiàn)勒夏特列原理，此原理廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)，使化學(xué)反應(yīng)獲得較高的產(chǎn)量，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)的效益。 綜合能力訓(xùn)練 1．在一個(gè)6 L的密閉容器中，放入3 L X(g)和2 L Y(g)。在一定條件下發(fā)生下列反應(yīng)：4X(g)+3Y(g) 2Q(g)+nR(g)，達(dá)到平衡后，容器內(nèi)溫度不變，混合氣體的壓強(qiáng)比原來增加5％，X的濃度減小了，則該反應(yīng)方程式中的n值是 ( ) A．3 B．4 C．5 D．6 答案：D 2．右圖為裝有活塞的密閉容器，內(nèi)盛22．4 mL一氧化氮，若通人11．2 mL氧氣(氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測(cè)定)，保持溫度、壓強(qiáng)不變，則容器內(nèi)的密度( ) A．等于1.369 gL-1 B．等于2.054 gL-1 C．在1.369 gL-1和2.054 gL-1之間 D．大于2.054 gL-1 答案：D 3．某體積可變的密閉容器。盛有適量的A和B的混合氣體，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)． A+3B 2C 若維持溫度和壓強(qiáng)不變，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，容器的體積為V L，其中C氣體的體積占10％。下列推斷正確的是 ( ) ①原混合氣體的體積為1.2V L ②原混合氣體的體積為1.lV L ③反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣體A消耗掉0.05V L ④反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氣體B消耗掉O.05V L A．②③ B．②④ C．①③ D．①④ 答案：A