化学平衡中的常见量变规律及其应用

2017-08-08江苏李万春

教学考试(高考化学) 2017年3期

关键词：平衡常数混合气体反应物

江苏李万春

化学平衡中的常见量变规律及其应用

江苏李万春

当外界条件发生改变了导致化学平衡移动时，平衡体系的哪些量会发生改变？这是化学平衡部分最重要的考点之一，也是同学们容易出错的问题。下面就此进行分析，以澄清大家的一些模糊认识。

一、化学平衡中的常见量变规律

1．基本平衡量的变化规律

（1）化学平衡发生移动，一般会造成化学反应速率、物质的平衡浓度和百分含量等都发生变化，但速率、平衡浓度变了，并不意味着平衡一定发生移动。因此，平衡移动与否应该看物质的百分含量是否改变。

（2）化学平衡向右移动，生成物的物质的量必定增加。

（3）物质的量浓度既与物质的量有关，也与体积有关。因此，只有定容时，平衡向右移动，生成物的浓度才增加。

（4）物质的百分含量既与本身物质的量（或气体体积）有关，也与总的物质的量（或气体总体积）有关。因此，只有不改变体系总质量时，平衡右移，生成物的百分含量才会增加，即此时物质的量、浓度、产率和百分含量才会有一致的关系。

（5）在反应混合物总质量不变的前提下（如压强或温度的变化使化学平衡移动时），化学平衡总是各向着平衡混合物某组成成分百分含量增大的方向移动。百分含量越大，平衡移动的程度越大。

（6）一个具体反应的平衡常数只与温度有关，温度不变时，平衡常数K不发生变化。

2．转化率

（1）不改变反应物的用量而改变温度或压强，平衡向正反应方向移动时，各反应物的转化率增大；反之，则减小。

（2）投料比等于气态反应物的化学计量数之比时，各反应物的转化率相同。

（3）投入反应物的物质的量相同时，各反应物的转化率之比等于化学计量数之比。

（4）反应达平衡后，增加一种气态反应物的量，另一反应物的转化率增大，而自身的转化率减小。

（5）恒温恒容时，同等倍数地增大（或减少）气态反应物的量，各反应物的转化率同倍数地增大、减小或不变（由反应前后气态反应物化学计量数的大小决定）。

若a＋b＝c＋d，A、B的转化率不变；

若a＋b＜c＋d，A、B的转化率都减小（或增大）；

若a＋b＞c＋d，A、B的转化率都增大（或减小）。

（6）由于加入催化剂不能使化学平衡移动，所以不能改变反应物的转化率。可逆反应的平衡常数和转化率都可以表示反应进行的程度，但转化率更直观一些。对同一反应，平衡常数只受温度的影响，而转化率则会受浓度、温度、压强等很多外界因素的影响。对于一个可逆反应，化学计量数不一样时，平衡常数表达式也不一样，但对应物质的转化率相同。

3．气体的平均摩尔质量

当不增加或减少混合物中各组分的量，只改变温度或容器的体积等条件时，混合气体的总质量守恒。

①若n（反应物）＝n（生成物），平均摩尔质量不变；

②若n（反应物）＜n（生成物），平均摩尔质量减小；

③若n（反应物）＞n（生成物），平均摩尔质量增大。

（2）对于有固体或纯液体参加或生成的可逆反应，由于有固态或纯液态物质的参加或生成，化学平衡发生移动时，混合气体的总质量要随之改变，混合气体的总物质的量也随之改变，此时混合气体的平均摩尔质量的变化情况比较复杂，需要具体讨论。

4．密度

（1）当气体的质量或体积中有一个量发生变化时，密度就会发生改变。

（2）当浓度或压强改变时，混合气体的质量或体积就会发生改变，则密度改变。

（3）对于反应物、生成物均为气体的可逆反应，仅是温度发生变化时，不管化学平衡如何移动，混合气体的质量和体积均不会改变，所以密度不发生变化。

5．压强

压强影响化学平衡的实质是：改变反应物或生成物的浓度。在一定的条件下，改变气体的物质的量n、体系的温度T、容器的体积V都能改变压强，但改变n和T不能用压强影响平衡的原理来解释。在平衡体系中，加入一种与平衡不相关的气体，对平衡有如下两种影响。

（1）体积不变时，虽然混合气体的总压强增大，但平衡体系中各组分的浓度不发生改变，平衡不移动。

（2）压强不变时，体积增大，各组分浓度变小，对反应前后气体的物质的量不变的可逆反应，化学平衡不移动；对反应前后气体的物质的量可变的可逆反应，化学平衡向气体的物质的量增大的方向移动。如：T、p一定，向2SO2＋O22SO3（g）体系中充入一定量N2，则平衡逆向移动。

二、考查平衡量变规律的题型

1．定性判断

例1 将NO2装入带活塞的密闭容器中，当反应（g）达到平衡后，改变下列一个条件，其中叙述正确的是（）

A．升高温度，气体颜色加深，则此反应为吸热反应

B．慢慢压缩气体体积，平衡向右移动，混合气体颜色变浅

C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来的两倍

D．恒温恒容时，充入惰性气体，压强增大，平衡向右移动，混合气体的颜色变浅

解析：颜色加深时平衡向左移动，所以正反应为放热反应，A错误；B选项，首先假设平衡不移动，加压时颜色加深，但平衡向右移动，使混合气体颜色在加深后的基础上变浅，但一定比原平衡的颜色深，B错误；C选项，首先假设平衡不移动，若体积减小一半，压强为原来的两倍，但平衡向右移动，使压强在原平衡两倍的基础上减小，C正确；D选项，体积不变时，反应物及生成物浓度不变，所以正逆反应速率均不变，平衡不移动，颜色无变化，错误。

答案：C

2．定量计算

例2 在密闭容器中，将1．0mol CO与1．0mol H2O混合加热到800℃，发生下列反应：CO2（g）＋H2（g）。一段时间后该反应达到平衡，测得CO的物质的量为0．5mol。则下列说法正确的是（）

A．800℃下，该反应的化学平衡常数为0．25

B．427℃时该反应的平衡常数为9．4，则该反应的ΔH＞0

C．800℃下，若继续向该平衡体系中通入1．0mol的CO（g），则平衡时CO物质的量分数为33．3%

D．800℃时，继续向该平衡体系中通入1．0mol H2O（g），则平衡时CO转化率为66．7%

答案：D

3．综合应用

例3 煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。

温度／10 9 1 0．6℃400 500 830 1 000平衡常数K

试回答下列问题：

（1）上述反应的正反应是_________（填“放热”或“吸热”）反应。

（2）某温度下，上述反应达到平衡后，保持容器体积不变升高温度，正反应速率________（填“增大”“减小”或“不变”），容器内混合气体的压强________（填“增大”“减小”或“不变”）。

（3）830℃时，在恒容反应器中发生上述反应，按下表中的物质的量投入反应混合物，其中向正反应方向进行的有________（填字母）。

A B C D n（CO2）／mol投料3 1 0 1 n（H2）／mol 2 1 0 1 n（CO）／5 2 3 2 mol 1 2 3 0．5 n（H2O）／mol

（4）在830℃时，在2L的密闭容器中加入4mol CO（g）和6mol H2O（g）达到平衡时，CO的转化率是________。

解析：（1）由表中数据可知，升温时，化学平衡常数减小，故正反应为放热反应。（2）升高温度时，正、逆反应速率均增大；容器体积不变的情况下，升高温度，则容器内混合气体的压强增大。（3）830℃时，化学平衡常数为1，即若n（CO2）×n（H2）＜n（CO）×n（H2O），则反应向正反应方向进行，符合此要求的是B、C。

（4）830℃时，化学平衡常数为1。