化學(xué)平衡中的常見量變規(guī)律及其應(yīng)用

江蘇 李萬春

化學(xué)平衡中的常見量變規(guī)律及其應(yīng)用

江蘇 李萬春

當(dāng)外界條件發(fā)生改變了導(dǎo)致化學(xué)平衡移動(dòng)時(shí)，平衡體系的哪些量會(huì)發(fā)生改變？這是化學(xué)平衡部分最重要的考點(diǎn)之一，也是同學(xué)們?nèi)菀壮鲥e(cuò)的問題。下面就此進(jìn)行分析，以澄清大家的一些模糊認(rèn)識。

一、化學(xué)平衡中的常見量變規(guī)律

1．基本平衡量的變化規(guī)律

（1）化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，一般會(huì)造成化學(xué)反應(yīng)速率、物質(zhì)的平衡濃度和百分含量等都發(fā)生變化，但速率、平衡濃度變了，并不意味著平衡一定發(fā)生移動(dòng)。因此，平衡移動(dòng)與否應(yīng)該看物質(zhì)的百分含量是否改變。

（2）化學(xué)平衡向右移動(dòng)，生成物的物質(zhì)的量必定增加。

（3）物質(zhì)的量濃度既與物質(zhì)的量有關(guān)，也與體積有關(guān)。因此，只有定容時(shí)，平衡向右移動(dòng)，生成物的濃度才增加。

（4）物質(zhì)的百分含量既與本身物質(zhì)的量（或氣體體積）有關(guān)，也與總的物質(zhì)的量（或氣體總體積）有關(guān)。因此，只有不改變體系總質(zhì)量時(shí)，平衡右移，生成物的百分含量才會(huì)增加，即此時(shí)物質(zhì)的量、濃度、產(chǎn)率和百分含量才會(huì)有一致的關(guān)系。

（5）在反應(yīng)混合物總質(zhì)量不變的前提下（如壓強(qiáng)或溫度的變化使化學(xué)平衡移動(dòng)時(shí)），化學(xué)平衡總是各向著平衡混合物某組成成分百分含量增大的方向移動(dòng)。百分含量越大，平衡移動(dòng)的程度越大。

（6）一個(gè)具體反應(yīng)的平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變時(shí)，平衡常數(shù)K不發(fā)生變化。

2．轉(zhuǎn)化率

（1）不改變反應(yīng)物的用量而改變溫度或壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí)，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大；反之，則減小。

（2）投料比等于氣態(tài)反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比時(shí)，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相同。

（3）投入反應(yīng)物的物質(zhì)的量相同時(shí)，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。

（4）反應(yīng)達(dá)平衡后，增加一種氣態(tài)反應(yīng)物的量，另一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大，而自身的轉(zhuǎn)化率減小。

（5）恒溫恒容時(shí)，同等倍數(shù)地增大（或減少）氣態(tài)反應(yīng)物的量，各反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率同倍數(shù)地增大、減小或不變（由反應(yīng)前后氣態(tài)反應(yīng)物化學(xué)計(jì)量數(shù)的大小決定）。

若a＋b＝c＋d，A、B的轉(zhuǎn)化率不變；

若a＋b＜c＋d，A、B的轉(zhuǎn)化率都減小（或增大）；

若a＋b＞c＋d，A、B的轉(zhuǎn)化率都增大（或減小）。

（6）由于加入催化劑不能使化學(xué)平衡移動(dòng)，所以不能改變反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。可逆反應(yīng)的平衡常數(shù)和轉(zhuǎn)化率都可以表示反應(yīng)進(jìn)行的程度，但轉(zhuǎn)化率更直觀一些。對同一反應(yīng)，平衡常數(shù)只受溫度的影響，而轉(zhuǎn)化率則會(huì)受濃度、溫度、壓強(qiáng)等很多外界因素的影響。對于一個(gè)可逆反應(yīng)，化學(xué)計(jì)量數(shù)不一樣時(shí)，平衡常數(shù)表達(dá)式也不一樣，但對應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率相同。

3．氣體的平均摩爾質(zhì)量

當(dāng)不增加或減少混合物中各組分的量，只改變溫度或容器的體積等條件時(shí)，混合氣體的總質(zhì)量守恒。

①若n（反應(yīng)物）＝n（生成物），平均摩爾質(zhì)量不變；

②若n（反應(yīng)物）＜n（生成物），平均摩爾質(zhì)量減小；

③若n（反應(yīng)物）＞n（生成物），平均摩爾質(zhì)量增大。

（2）對于有固體或純液體參加或生成的可逆反應(yīng)，由于有固態(tài)或純液態(tài)物質(zhì)的參加或生成，化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)時(shí)，混合氣體的總質(zhì)量要隨之改變，混合氣體的總物質(zhì)的量也隨之改變，此時(shí)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量的變化情況比較復(fù)雜，需要具體討論。

4．密度

（1）當(dāng)氣體的質(zhì)量或體積中有一個(gè)量發(fā)生變化時(shí)，密度就會(huì)發(fā)生改變。

（2）當(dāng)濃度或壓強(qiáng)改變時(shí)，混合氣體的質(zhì)量或體積就會(huì)發(fā)生改變，則密度改變。

（3）對于反應(yīng)物、生成物均為氣體的可逆反應(yīng)，僅是溫度發(fā)生變化時(shí)，不管化學(xué)平衡如何移動(dòng)，混合氣體的質(zhì)量和體積均不會(huì)改變，所以密度不發(fā)生變化。

5．壓強(qiáng)

壓強(qiáng)影響化學(xué)平衡的實(shí)質(zhì)是：改變反應(yīng)物或生成物的濃度。在一定的條件下，改變氣體的物質(zhì)的量n、體系的溫度T、容器的體積V都能改變壓強(qiáng)，但改變n和T不能用壓強(qiáng)影響平衡的原理來解釋。在平衡體系中，加入一種與平衡不相關(guān)的氣體，對平衡有如下兩種影響。

（1）體積不變時(shí)，雖然混合氣體的總壓強(qiáng)增大，但平衡體系中各組分的濃度不發(fā)生改變，平衡不移動(dòng)。

（2）壓強(qiáng)不變時(shí)，體積增大，各組分濃度變小，對反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不變的可逆反應(yīng)，化學(xué)平衡不移動(dòng)；對反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量可變的可逆反應(yīng)，化學(xué)平衡向氣體的物質(zhì)的量增大的方向移動(dòng)。如：T、p一定，向2SO2＋O22SO3（g）體系中充入一定量N2，則平衡逆向移動(dòng)。

二、考查平衡量變規(guī)律的題型

1．定性判斷

例1 將NO2裝入帶活塞的密閉容器中，當(dāng)反應(yīng)（g）達(dá)到平衡后，改變下列一個(gè)條件，其中敘述正確的是（ ）

A．升高溫度，氣體顏色加深，則此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

B．慢慢壓縮氣體體積，平衡向右移動(dòng)，混合氣體顏色變淺

C．慢慢壓縮氣體體積，若體積減小一半，壓強(qiáng)增大，但小于原來的兩倍

D．恒溫恒容時(shí)，充入惰性氣體，壓強(qiáng)增大，平衡向右移動(dòng)，混合氣體的顏色變淺

解析：顏色加深時(shí)平衡向左移動(dòng)，所以正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A錯(cuò)誤；B選項(xiàng)，首先假設(shè)平衡不移動(dòng)，加壓時(shí)顏色加深，但平衡向右移動(dòng)，使混合氣體顏色在加深后的基礎(chǔ)上變淺，但一定比原平衡的顏色深，B錯(cuò)誤；C選項(xiàng)，首先假設(shè)平衡不移動(dòng)，若體積減小一半，壓強(qiáng)為原來的兩倍，但平衡向右移動(dòng)，使壓強(qiáng)在原平衡兩倍的基礎(chǔ)上減小，C正確；D選項(xiàng)，體積不變時(shí)，反應(yīng)物及生成物濃度不變，所以正逆反應(yīng)速率均不變，平衡不移動(dòng)，顏色無變化，錯(cuò)誤。

答案：C

2．定量計(jì)算

例2 在密閉容器中，將1．0mol CO與1．0mol H2O混合加熱到800℃，發(fā)生下列反應(yīng)：CO2（g）＋H2（g）。一段時(shí)間后該反應(yīng)達(dá)到平衡，測得CO的物質(zhì)的量為0．5mol。則下列說法正確的是（ ）

A．800℃下，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為0．25

B．427℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為9．4，則該反應(yīng)的ΔH＞0

C．800℃下，若繼續(xù)向該平衡體系中通入1．0mol的CO（g），則平衡時(shí)CO物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為33．3%

D．800℃時(shí)，繼續(xù)向該平衡體系中通入1．0mol H2O（g），則平衡時(shí)CO轉(zhuǎn)化率為66．7%

答案：D

3．綜合應(yīng)用

例3 煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數(shù)、投料比及產(chǎn)率等問題。

溫度／10 9 1 0．6℃400 500 830 1 000平衡常數(shù)K

試回答下列問題：

（1）上述反應(yīng)的正反應(yīng)是_________（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)。

（2）某溫度下，上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，保持容器體積不變升高溫度，正反應(yīng)速率________（填“增大”“減小”或“不變”），容器內(nèi)混合氣體的壓強(qiáng)________（填“增大”“減小”或“不變”）。

（3）830℃時(shí)，在恒容反應(yīng)器中發(fā)生上述反應(yīng)，按下表中的物質(zhì)的量投入反應(yīng)混合物，其中向正反應(yīng)方向進(jìn)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℃時(shí)，在2L的密閉容器中加入4mol CO（g）和6mol H2O（g）達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率是________。

解析：（1）由表中數(shù)據(jù)可知，升溫時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。（2）升高溫度時(shí)，正、逆反應(yīng)速率均增大；容器體積不變的情況下，升高溫度，則容器內(nèi)混合氣體的壓強(qiáng)增大。（3）830℃時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)為1，即若n（CO2）×n（H2）＜n（CO）×n（H2O），則反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，符合此要求的是B、C。

（4）830℃時(shí)，化學(xué)平衡常數(shù)為1。

答案：（1）放熱 （2）增大 增大 （3）BC （4）60%

（作者單位：江蘇省常州市橫山橋高級中學(xué)）