考点29影响化学平衡的条件

1．复习重点

1．浓度,压强和温度等条件对化学平衡的影响.

2．平衡移动原理的应用.

2．难点聚焦

我们研究化学平衡的目的,不是要保持一个化学平衡不变.而是要研究如何利用外界条件的改变,去破坏化学平衡.使之向我们所希望的方向转变,去建立新的化学平衡.

化学平衡的移动:

可逆反应中,旧化学平衡的破坏,新化学平衡的建立的过程就叫做化学平衡的移动.

(一)     浓度对化学平衡的影响:

做实验:2-3实验证明:

加入FeCl₃或KSCN溶液后，试管中的红色加深了。

说明生成物的浓度增大了。

说明化学平衡向正反应的方向移动了。

无数实验证明：

 增大任何一种反应物的浓度，都可以使化学平衡向正反应方向移动。

增大任何一种生成物的浓度，都可以使化学平衡向逆反应方向移动。

减小任何一种反应物的浓度，都可以使化学平衡向逆反应方向移动。

减小任何一种生成物的浓度，都可以使化学平衡向正反应方向移动。

(二)     压强对化学平衡的影响:

处于平衡状态的反应混合物里，无论是反应物，还是生成物，只要有气态物质存在，压强的改变，就有可能使化学平衡移动。

如：

反应中，1体积氮气和3体积的氢气反应，生成了2体积的氨气。反应后，气体总体积减少了！

参见表2－3数据。

可知，对这种气体总体积减少的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动。即：增大压强，平衡向体积缩小的方向移动；减小压强，平衡向体积增大的方向移动。

气体总体积不变化，改变压强，化学平衡不移动！

如：

反应前后，气体物质总体积不变。

改变压强，平衡不移动！

(三)     温度对化学平衡的影响:

在吸热或放热的可逆反应中,反应混合物达平衡后,改变温度,也会使化学平衡移动.

在可逆反应中,正反应如果放热,则,逆反应必定吸热!反之亦然.

做实验2－4

由实验可知:

   升高温度,(混合气体颜色加深,)平衡向吸热反应的方向移动.

   降低温度,(混合气体颜色变浅,)平衡向放热反应的方向移动

(四)     催化剂对化学平衡的影响:

催化剂能同等程度的增加正反应速率和逆反应速率,即,催化剂不能改变达到化学平衡状态的反应混合物的组成.即:催化剂不能使化学平衡移动!但催化剂可以改变达到化学平衡所需要的时间.

(五)     平衡移动原理:

即:勒夏特列原理:

  如果改变影响平衡的一个条件,平衡就像削弱这种改变的方向移动.

3．例题精讲

化学平衡图像题的解法探讨

例1.可逆反应mA(固)+nB(气) eC(气)+fD(气)反应过程中，当其他条件不变时，C的体积分数j(C)在不同温度(T)和不同压强(P)的条件下随时间(t)的变化关系如图所示。下列叙述正确的是                                      （   ）

A．达到平衡后，若使用催化剂，C的体积分数将增大

B．当平衡后，若温度升高，化学平衡向逆反应方向移动

C．化学方程式中，n＞e+f

D．达到平衡后，增加A的质量有利于化学平衡向正反应方向移动

[解析] 从(1)图中应先判断出T₁与T₂温度的大小关系。在其他条件不变时，温度升高，反应速率变大，达到平衡时间越短。由此可知，T₂＞T₁。从图(1)分析可知温度较高时j(C)变小，说明升高温度时，平衡向逆反应方向移动，所以该正反应是放热反应。B选项是正确的。

从(2)图中，应先判断出P₁与P₂大小关系。在其他条件不变情况下，压强越大，达到平衡的时间就越短，由此可知P₂＞P₁。从图中可知，压强增大时j(C)变小，说明增大压强平衡向逆反应方向移动，逆反应方向是气体体积减小方向，即n＜e+f，C项错误。

由于使用催化剂，并不影响化学平衡的移动，A项错误。

在化学平衡中，增大或减小固体物质的质量不影响化学平衡的移动。因此D项错误。

[答案]B

[点评] 解答这类图象题时，必须要抓住纵坐标(变量)即C的体积分数与外界条件变化的关系，分析得出相应正确的结论。

例2.已知某可逆反应mA(g)＋nB(g)pC(g)在密闭容器中进行，右图表示在不同反应时间t时，温度T和压强P与反应物B在混合气体中的体积分数B%的关系曲线，由曲线分析，下列判断正确的是                              （    ）             

    A．T₁＜T₂  P₁＞P₂  m＋n＞P  ΔH<0

    B．T₁＞T₂  P₁＜P₂  m＋n＞P  ΔH>0      

    C．T₁＜T₂   P₁＞P₂  m＋n＜P  ΔH<0     

    D．T₁＞T₂  P₁＜P₂  m＋n＜P  ΔH>0

 [解析] 本题考查根据温度、压强变化对化学平衡移动的影响来判断化学方程式的特点。分析图象，可以分两个层次考虑:（如图将三条曲线分别标为①、②、③）。从①、②曲线可知，当压强相同（为P₂）时，②先达平衡，说明T₁＞T₂ ；又因为T₂低，B%大，即降低温度，平衡逆向移动，说明逆向放热，正向吸热。从②、③曲线可知，当温度相同（为T₁）时，②先达平衡，说明P₂＞P₁ ；又因为P₂大，B%大，即增大压强，平衡逆向移动，说明逆方向为气体体积减小的方向，m＋n＜P。 综合以上分析结果：T₁＞T₂， P₁＜P₂，m＋n＜P，正反应为吸热反应。

[答案]  D

[点评] 识别此题的图像，要从两点入手，其一，斜线的斜率大小与反应速率大小关联，由此可判断温度、压强的高低；其二，水平线的高低与B%大小相关联，由此可分析出平衡向那个方向移动。

例3 .在一定温度下，容器内某一反应中M、N的物质的量随反应时间变化的曲线如图，下列表述中正确的是?                                        （    ）

A．反应的化学方程式为：2MN?   B．t₂时，正逆反应速率相等，达到平衡?

C．t₃时，正反应速率大于逆反应速率?   D．t₁时，N的浓度是M浓度的2倍?

[解析]本题以化学反应速率与化学平衡为素材，考核观察图象及其信息加工的能力。从图象可知，t₁时，N的物质的量是6mol，M的物质的量是3mol，故N的浓度是M浓度的2倍是正确的；同时也可得出反应的化学方程式为：2NM；t₂时，正逆反应速率虽然相等，但尚未达到平衡，因为此时M、N的物质的量还在增大与减少，t₃时M、N的物质的量保持不变，说明已达平衡状态，则正反应速率等于逆反应速率。?

[答案]  D?

[点评] 主要考查化学反应速率、化学平衡等知识，已经抽象到没有具体的元素符号，并且以看图设置情境设问，因此对观察能力作了重点考查，思维能力要求也较高。图的横坐标是时间，绘出了t₁、t₂、t₃3个时刻。纵坐标既不是速率，也不是浓度，而是物质的量。仔细审视各时间段中物质的量的变化。

例4.反应 2X（气）＋ Y（气）2Z（气）+热量，在不同温度（T₁和T₂）及压强（p₁和p₂）下，产物Z的物质的量（n₂）与反应时间（t）的关系如右图所示。下述判正确的是                               （    ）                      

  A、T₁＞T₂，p₁＜p₂          B、T₁＜T₂，P₁＞p₂

  C、T₁＞T₂，P₁＞p₂          D、T₁＜T₂，p₁＜p₂

 [解析] 首先分析反应：这是一个气体的总物质的量减小（体积减小）、放热的可逆反应，低温、高压对反应有利，达平衡时产物Z的物质的量n₂大，平衡点高，即图示曲线T₂、p₁。再对比图示曲线T₂、p₂，温度相同，压强不同，平衡时n₂不同（p_l时的n₂＞P₂时的n₂），由此分析p₁＞p₂，再从反应速率验证，T₂、P₁的曲线达平衡前斜率大（曲线陡）先到达平衡，也说明压强是 p₁＞p₂（增大反应压强可以增大反应速率）。然后比较曲线T₂、p₂与T₁、p₂，此时压强相同，温度不同，温度低的达平衡时n₂大，平衡点高（曲线T₂、p₂），由此判断温度T₁＞T₂；再由这两条曲线达平衡前的斜率比较，也是T₁、p₂的斜率大于T₂、p₂，T₁、p₂先到达平衡，反应速率大，也证明T₁＞T₂。由此分析得出正确的判断是T₁＞T₂，p₁＞p₂，选项C的结论正确。

[答案]  C

[方法点拨]

化学平衡图象问题的识别分析方法

化学平衡图象问题的识别无外乎是看坐标、找变量、想方程、识图象四个方面，即准确认识横、纵坐标的含义，根据图象中的点（起点、终点、转折点）、线（所在位置的上下、左右、升降、弯曲）特征，结合题目中给定的化学方程式和数据，应用概念、规律进行推理判断．但识图是关键，笔者认为应以横坐标的不同含义把图象分为两大类：①时间（t）类，②压强（p）或温度（T）类．这两类的特征分别如下．

（一）、时间（t）类

1．图象中总有一个转折点，这个点所对应的时间为达到平衡所需时间，时间的长短可确定化学反应速率的大小，结合浓度、温度、压强对化学反应速率的影响规律，可确定浓度的大小，温度的高低和压强的大小．

2．图象中总有一段或几段平行于横轴的直线，直线上的点表示可逆反应处于平衡状态．

3．这几段直线的相对位置可确定化学平衡移动的方向．固定其它条件不变，若因温度升降引起的平衡移动，就可确定可逆反应中是Q＞0还是Q＜0；若因压强增减引起的平衡移动，就可确定气态物质在可逆反应中，反应物的系数和与生成物的系数和之间的相对大小．

（二）、压强（p）或温度（T）类

1．图象均为曲线．

2．曲线上的点表示可逆反应在相应压强或温度下处于平衡状态；而不在曲线上的点表示可逆反应在相应压强或温度下未达到平衡状态，但能自发进行至平衡状态．

3．曲线的相对位置、变化趋势决定了化学平衡移动的方向．固定其它条件不变，若温度变化引起的平衡移动，即可确定可逆反应中是Q＞0还是Q＜0；若因压强改变引起的平衡移动，即可确定气态物质在可逆反应中反应物的系数和与生成物的系数和之间的相对大小

等效平衡的探讨

1、定温、定容条件下的等效平衡　
例5：在一个固定容积的密闭容器中加入2molA和1molB，发生反应2A(g)+B(g)ㄐ3C(g)+D(g)，达到平衡时，C的浓度为wmol/L。若维持容器的容积和温度不变，按下列情况配比为开始浓度，达到平衡后C的浓度仍为wmol/L的是（　　）　

A、4molA+2molB 　

B、2molA+1molB+3molC+1molD

C、3molC+1molD+1molB 　

D、3molC+1molD 　

E、1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD

［解析］

这是一道关于等效平衡的题，常用极端假设法分析。将“3molC+1molD”转化为“2molA+1molB”将.5molC+0.5molD”转化为“1molA+0.5molB”。则B组起始状态相当于4molA+2molB”，C组起始状态相当于“2molA+2molB”，E组起始状态相当于“2molA+1molB”。显然，A、B、C组的起始量与“2molA+1molB”　的起始量不同，均不能达到与其相同的平衡状态，而D、E组的起始量与“2molA+1molB”　的起始量相同，能达到与其相同的平衡状态。故正确答案为D、E。

答案：D  E　

例6．在一定温度下，把2mol SO₂和1molO₂通入一个一定容积的密闭容器里，发生反应2SO₂+O₂ 2SO₃，当此反应进行到一定程度时，就处于化学平衡状态。若该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始时SO₂、O₂和SO₃的物质的量。如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时完全相同。请填写下列空白：

(1)若a=0，b=0，则c=____。

(2)若a=0.5mol，则b=____，c=____。

(3)a、b、c取值必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c)____。

 [解析] 对于本题来说，要达到同一平衡状态，其外界条件相同，就是同温、同压时有关物质的物质的量要符合如下关系：

(1)若反应从正反应开始，必须是2molSO₂，1molO₂；

(2)若反应是从逆反应开始，必须是2molSO₃；

(3)若反应是从正、逆反应两个方向开始，则把SO₃看作是由SO₂和O₂转化而来的，把SO₃的起始的量全部转化为SO₂和O_2，然后这部分物质的量再分别加上原有的SO₂和O₂的量，看看是否能达到2molSO₂和1molO₂；或使SO₂、O₂的起始的量全部转化为SO₃，然后这部分物质的量再加上原有的SO₃的量，看看是否能达到2molSO₃。

[答案] (1) 2mol。(2) 0.25mol，1.5mol。(3) a+c=2，2b+c=2。

2、定温、定压条件下的等效平衡　

例7．在恒温恒压条件下，向可变的密闭容器中充入3LA和2LB发生如下反应3A（g）+2B（g）xC（g）+yD（g）,达到平衡时C的体积分数为m%。若维持温度不变，将0.6LA、0.4LB、4LC、0.8LD作为起始物质充入密闭容器中，达到平衡时C的体积分数仍为m%。则x、y的值分别为（　　　）　

A、x=3、y=1　　B、x=4、y=1 　C、x=5、y=1　　D、x=2、y=3　 E、x=10、y=2 　

解析：

该反应起始反应物的量比0.6:0.4=3:2符合化学方程式中反应物的系数比,若4LC、0.8LD恰好完全转化成A、B时，必须x:y=5:1，但此时x+y≠2+3，故在恒温恒压条件下,符合x:y=5:1的所有x、y的值不符合题意。若4LC、0.8LD不能恰好完全转化成A、B时，则不能达到与开始时等效的平衡状态。当x=5、y=1时，用极端假设法“4LC、0.8LD”可转化为“2.4LA、1.6LB”，反应物的起始量相当于“3LA、2LB”,与原起始量相同，能达到与开始时相同的平衡状态，故正确答案为C。　

3、定温、不定压、不定容条件下的等效平衡  

例8．在一定温度下,将2molHI气体充入一容积可变的密闭容器中发生反应

HI(g) H₂(g)+I₂(g),反应达平衡后,H₂的体积分数为m%。若其他条件不变,容器的容积变为原来的一半,平衡时H₂的体积分数为????。　

解析：容器的容积变为原来的一半,体系的压强变为原来的2倍，由于反应前后气体体积不变，所以平衡不移动，H₂的体积分数仍为m%，各物质的浓度均为原来的2倍，反应速率加快。

答案：H₂的体积分数为m%　

 [ 方法提示]

1.等效平衡的含义：在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的分数（体积、物质的量）均相等，这样的化学平衡互称为等效平衡。

在等效平衡中，还有一类特殊的平衡，不仅任何相同组分x的分数（体积、物质的量）均相同，而且相同组分的物质的量均相同，这类等效平衡又互称为同一平衡。同一平衡是等效平衡的特例。

如：N₂+3H₂2NH₃在下列四个容器A、B、C、D中均处于平衡状态，各组分物质的量分别为如下所示。

B．a mol N₂，b mol H₂，c mol NH₃

C．1 mol N₂，3 mol H₂，0 mol NH₃

D．0 mol N₂，0 mol H₂，2 mol NH₃

若A、B两容器T、p相同，则A、B两平衡互为等效平衡。

若C、D两容器T、V相同，则C、D两平衡互为同一平衡。

2.建立等效平衡的条件

（1）．恒温恒压下或恒温恒容下，对于同一可逆反应，若两初始状态有相同的物料关系，则达到平衡后两平衡等效且实为同一平衡。

此处的相同是指广义的相同，即只要通过可逆反应的化学计量数关系换算成平衡式左右两边中某一边的物质的量，若两者相同则为有相同的物料关系。如：

N₂＋3H₂2NH₃

则①②③为具有相同的物料关系。

（2）．在恒温恒压下，对于同一可逆反应，若两初始状态具有相当的物料关系，则达到平衡后，两平衡互为等效平衡。

此处的相当是指按化学计量数换算成左右两边中同一边物质的量之比相同。

例如：N₂O（g）＋2O₂（g）N₂O₅（g）

①中n（N₂O）∶n（O₂）=2∶3

②中n（N₂O）∶n（O₂）=3∶4.5＝2∶3

③n（N₂O）∶（O₂）=（2.5+1.5）∶（3+3）=2∶3

则①②③的量相当。

由此可知：化学平衡的建立，仅仅与反应条件有关，而与化学平衡的建立的过程无关，这就是说，对同一个可逆反应，在同样的条件下，无论反应是从正反应开始，或是从逆反应开始，或是从两个方向同时开始(即既有反应物转化为生成物，同时也有生成物转化为反应物)，最终都能达到完全相同的平衡状态，也就是平衡体系中各物质的质量分数(气体的体积分数)各保持一定而不变。

　　 对于一般可逆反应，在定温、定容条件下，只改变起始加入情况，只要按化学方程式中各物质的化学计量数比换算成方程式左右两边同一边物质的物质的量与原平衡相同，则二平衡等同（也等效）。对于反应前后气体体积不变的可逆反应，在定温、定容或定温、定压条件下，只改变起始时加入情况，只要按化学方程式中各物质计量数比换算成方程式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则二平衡等效（不一定等同）。

例5． 在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：     N₂＋3H₂2NH₃           已知加入1 mol N₂、4 mol H₂时，达到平衡后生成a mol NH₃（见表中已知项），在相同温度和压强下保持平衡后各组分体积分数不变，对下列编号②～④的状态，填写表中空白。

解析：由题意知②与①的平衡状态互为等效平衡，②中平衡时NH₃的物质的量为①的一半，设①达到平衡的过程如下图。

设想我们可以用隔板将①中平衡状态均分为A、B两部分，那么A（B）与整体当然处于等效平衡且A（B）中NH₃的量为0.5a mol，所以我们可认为A（B）部分为②的平衡态，那么达到B平衡态的初始状态当然也为达到①平衡态的初始状态的一半，即可用下图表示：

即达到②的平衡的初始的物质的量为：

n（N₂）=0.5mol、n（H₂）=2mol、n（NH₃）=0 mol

而经过等量互换，当n（NH₃）＝1mol时，

n（N₂）=0mol n（H₂）=1.5mol

同理知①为③这个整体的2／3，故③达到平衡时n（NH₃）=

同理，设始态NH3为x，平衡时NH3为y，则

得x=2（g-4m） y=（g-3m）a

[点拨]

 这类等效平衡可形象地理解为整体与局部的关系。即在恒温恒压下，当两初始状态符合局部与整体的关系时，那么相对应的平衡态也就符合局部与整体的关系。反之亦然。

4．实战演练

（一）选择题

1.对于反应A(s)+2B(g)3C(g)；△H＞0，C%跟外界条件X、Y的关系如图所示，下列结论正确的是                                              （    ）                           

    A．Y表示温度，X表示压强，且Y₃＞Y₂＞Y₁

B．Y表示压强，X表示温度，且Y₃＞Y₂＞Y₁

C．X表示压强，Y表示温度，且Y₁＞Y₂＞Y₃

D．X表示温度，Y表示压强，且Y₁＞Y₂＞Y₃

2. 在容积固定的密闭容器中存在如下反应：    A(g)+3B(g) 2C(g)；  △H<0某研究小组研究了其他条件不变时，改变某一条件对上述反应的影响，并根据实验数据作出下列关系图：

下列判断一定错误的是                                             （     ）                                              

A．图I研究的是不同催化剂对反应的影响，且乙使用的催化剂效率较高

B．图I研究的是压强对反应的影响，且乙的压强较高

C．图Ⅱ研究的是温度对反应的影响，且甲的温度较高

D．图Ⅲ研究的是不同催化剂对反应的影响，且甲使用的催化剂效率较高

3.右图曲线a表示放热反应X(g)+Y(g)   Z(g)+M(g)+N(s)进行过程中X的转化率随时间变化的关系。若要改变起始条件，使反应过程按b曲线进行，可采取的措施是                                                          （      ）

      A．升高温度      B．加大X的投入量