“化学平衡”概念的理解与应用

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  摘要:高中化学理论学习中,化学平衡是一个难点和重点,而高考对化学概念和理论的考查历来为重点;“化学平衡”概念的复习,必须以大纲和考纲为依据,理解概念的内涵和本质,结合实例掌握其应用。
  关键词:化学平衡标志 化学平衡移动 等效平衡
  中图分类号:G633.8
  化学平衡的定义理解首先应把握“逆、动、等、定、变、同”,其次要注意平衡建立的开始方向和反应进行方向。
  一、化学平衡的标志
  1、等速标志:(v正=v逆 → 不同方向、数值关系)
  同种物质表示速率数值等;不同物质表示速率数值比等于计量数之比
  2、百分含量不变标志
  ⑴组分具体物理量不变——平衡(%、n、m、c、V、α)
  ⑵体系物理量不变——按以下思路具体分析(P总、V总、M混、T混、ρ混等):
  正移 → n总 → P总、V总、M混、ρ混等改变,则体系物理量不变 → 平衡
  ⑶绝热体系T混不变、体系颜色不变 → 平衡
  例1、(1)下列方法中可以证明2HI(g) H2(g)+I2(g)已达平衡状态的是②⑥⑨。
  (2)在上述⑥~⑩的说法中能证明2NO2(g) N2O4(g)达到平衡状态的是⑥⑦⑧⑨⑩。
  ①单位时间内生成n mol H2的同时生成n mol HI;②一个H—H键断裂的同时有两个H—I键断裂;③百分组成w(HI)=w(I2)时;④反应速率v(H2)=v(I2)=v(HI)/2时;⑤c(HI)∶c(H2)∶c(I2)=2∶1∶1时;⑥温度和体积一定,某一生成物浓度不再变化时;⑦温度和体积一定,容器内压强不再变化时;⑧条件一定,混合气体的平均相对分子质量不再变化时;⑨温度和体积一定,混合气体的颜色不再变化时;⑩温度和压强一定,混合气体的密度不再变化时
  解析:第(1)题:反应⊿n(g)=0,一定条件(T、V定或T、P定)达平衡,体系物理量P总、V总、m混、n总、M混、ρ混不能作为平衡状态的标志。第(2)题:反应⊿n(g)≠0,一定条件达平衡时M混、ρ混、颜色不再变化,可以作为化学平衡状态的标志。
  二、化学平衡的移动
  1、勒夏特列原理:①前提:改变影响平衡的一个条件(使v正≠v逆);②方向:平衡向减弱条件方向移动(平衡移动方向和v正、v逆的相对大者保持一致);③结果:减弱而不消除外界条件的变化
  2、平衡移动和相关物理量的变化:
  ⑴平衡移动方向和转化率
  ①物质量不变:T、P(V)变,正向移动→α增大
  ②反应物用量改变(T、V定):
  aA(g) b B(g)+ cC(g) 加入A物质→正移:当a>b + c时,αA增大(反之αA减小);
  aA(g)+ b B(g) cC(g)+dD(g) 加入A物质→正移:αB增大;αA减小;
  ⑵平衡移动方向和M、ρ混(定义式分析)
  例2、COCl2(g) CO(g)+Cl2(g) ΔH>0,当反应达到平衡时,下列措施:①升温②恒容通入惰性气体③增加CO浓度④减压⑤加催化剂⑥恒压通入惰性气体,能提高COCl2转化率的是( B )
  A.①②④ B.①④⑥ C.②③⑤ D.③⑤⑥
  解析:该反应ΔH>0,升温则平衡正向移动,反应物转化率提高,①正确;恒容时,通入惰性气体,平衡不移动,②错;增加CO浓度,平衡逆向移动,反应物转化率降低,③错;减压时平衡向正反应方向移动,反应物转化率提高,④正确;催化剂只能改变反应速率,不能改变平衡状态,⑤错;恒压时,通入惰性气体,平衡向正反应方向移动,反应物转化率提高,⑥正确。
  三、等效平衡
  1、定义:同一可逆反应(⊿n(g))、相同反应条件(T、P定或T、V定)、不同初始态(起始浓度相当)→平衡时相同组分百分含量相同
  2、判定方法:不同初始态极值转化为同边物质的量(n)表示,⑴相同物质的量相等则两平衡态全等;⑵相同物质的量对应成比例则两平衡态等效。特别注意:固体或纯液体极值转化后其量大于建立等效平衡所需最小量。
  3、等效平衡的两种类型:
  ⑴T、P定:全等平衡;等效平衡(%、T、P总、C、v、M、ρ混相同;n、V总成比例)。
  ⑵T、V定:全等平衡;⊿n(g)=0,等效平衡(%、T、V总、M相同;n、v、C、ρ混、P总成比例)。
  4、等效平衡应用
  同一可逆反应(⊿n(g)):⑴相同反应条件、不同初始态(等效;不等效 → 平衡移动);⑵不同反应条件、相同初始态 → 平衡移动(改变条件);⑶不同反应条件、不同初始态→构建平衡Ⅲ(和Ⅰ同条件、和Ⅱ同初始态);⑷原平衡加入物质(移动或构建等效平衡后再移动)。
  例3、在恒温条件下,有甲、乙两容器,甲容器为体积不变的密闭容器,乙容器为一个带有理想活塞(即无质量、无摩擦力的刚性活塞)的体积可变的密闭容器,两容器起始状态完全相同,都充有C气体,若发生可逆反应C(g) A(g)+B(g),经一段时间后,甲、乙两容器反应都达到平衡。下列说法中正确的是 ( A )
  A、平衡时C的转化率:乙>甲 B、平衡时C的体积分数:乙>甲
  C、反应速率:乙>甲 D、平衡时A的物质的量:甲>乙
  解析:甲为恒容,乙为恒压,随着反应的进行,甲中压强大于乙中压强,乙容器中反应更容易向正反应方向进行,因此C的转化率乙>甲,A对;平衡时C的体积分数:甲>乙,B错;由于甲中压强大于乙中压强,因此反应速率:甲>乙,C错;平衡时A的物质的量:乙>甲,D错。
  例4、4.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生下述反应:
  PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g)。达到平衡时,PCl5为0.80 mol,如果此时移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是 ( C )
  A、0.8 mol B、0.4 mol C、小于0.4 mol D、大于0.4 mol,小于0.8 mol
  解析:采用等效平衡方法加以解决。反应达到平衡后,此时移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2,若不考虑平衡移动,则此时的PCl5的物质的量为0.4 mol;移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2后,相当于减小压强,故平衡向逆反应方向移动,所以再达平衡时PCl5的物质的量小于0.4 mol,C项正确。
  总之,对化学平衡的复习,只有理解清楚概念的内涵,通过实际例子归纳出理论规律,通过大量练习掌握其应用,就可以决胜于高考。
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