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1. 偷换概念
例1 某温度下,向一体积固定的密闭容器中充入1 mol PCl5,发生反应PCl5(g)⇌PCl3 (g)+Cl2(g)。反应达到平衡后,再向容器中充入1 mol PCl5,问此时平衡移动的方向?
错解 平衡向左移动了
错因 再向容器中加入1 mol PCl5,和开始加入2 mol PCl5达到平衡时的效果一样。容积固定的密闭容器中,成比例的增大反应物的量,相当于加压过程(图示中乙容器充了2 mol PCl5,等价于丙容器充入2 mol PCl5达到平衡后,将活塞从B推至A处),所以平衡向左进行。
解析 反应向右进行,平衡向右移动。理由:增大反应物的浓度,正反应速率增大,此时逆反应速率不变,所以反应向正反应方向进行。改变条件后反应向正反应方向进行了,此时化学平衡向右移动了。
答案 平衡向右移动
点拨 改变的条件是“增加1 mol PCl5”,而不是“增加1 mol PCl5”达到平衡后的平衡混合物。错误地认为两者是等价的。
2. 改变条件却没有改变平衡
例2 某体积固定的密闭容器,放入一定量的SO2、O2,发生反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(s)(正反应放热),达到平衡后,下列措施可以使得平衡向右移动的是( )
A.通入N2 B.通入O2
C.升温 D.减少SO3的量
错选 AD
错因 A选项中通入氮气之后,因为是密闭容器,所以容器内的压强增大,由勒夏特列原理可知,平衡向体积减少的方向移动,所以平衡向右移动。而D选项中减少SO3,降低了生成物的浓度,所以平衡向右进行。
解析 在影响平衡的条件中,压强改变平衡是通过改变反应物的浓度来改变的。A选项中通入氮气后,反应物的浓度并没有改变,所以平衡不移动。D选项中减少SO3,但SO3是固体,对平衡体系无影响,所以平衡不移动。勒夏特列原理在平衡移动时才成立,平衡不移动,勒夏特列原理就不适用,且勒夏特列原理只适用于改变条件能导致平衡移动的反应。
答案 B
点拨 密闭容器中进行的可逆反应,达到平衡后,在温度不变的条件下,通入不参加反应的气体,如:N2、稀有气体等,平衡并没有移动,此时就不能用勒夏特列原理判断。改变化学平衡体系中固体或纯液体的物质的量时,并未改变影响化学平衡的条件,不能用勒夏特列原理判断。
3. 把物质百分含量的变化作为平衡移动的方向的标志
例3 恒温时,一体积可变的密闭容器内发生反应2NO2(g)⇌N2O4(g)(正反应放热),达到平衡后,若分别单独改变下列条件,重新达到平衡后,能使混合气体的相对分子质量减小的是( )
A.通入Ne B.通入NO2
C.通入N2O4 D.降低温度
错选 B
错因 通入NO2后,NO2的体积分数增大,由勒夏特列原理可知,平衡向减弱这种改变的方向进行,但是不能消除这种改变,故NO2的体积分数最终还是增大的,所以混合气体的平均相对分子质量变小。
解析 在2NO2(g)⇌N2O4(g)的反应中,反应物只有一种,即:NO2。再通入NO2后,相当于压强变大,平衡向右移动,NO2的体积分数最终会变小,其混合气体的平均相对分子质量变大。
答案 A
点拨 在多种反应物的可逆反应达到平衡之后,加入其中的一种反应物,重新达到平衡后,可以使得其他反应物的转化率升高,而本身的转化率降低,本身的体积分数变大。但是只有一种反应物的平衡要区别对待。
4. 将平衡正向移动和反应物的转化率提高等同
例4 恒温恒容条件下,下列叙述正确的是( )
A. 相同的甲、乙两容器中分别加入1 g SO2、1 g O2与2 g SO2、2 g O2,发生反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)达到平衡,SO2的转化率前者大
B. 反应H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)达到平衡,增大H2的物质的量,平衡不移动
C. 反应H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)达到平衡,增大HI的物质的量,HI的分解率和体积分数均不变
D. 反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)反应达到平衡,再充入[n] mol SO3,此时平衡向右移动
错选 D
错因 认为加入SO3后,所有SO3的百分含量比原来容器中的高(可以由等效平衡分析),所以平衡向正方向移动了。这种观点犯了将平衡移动方向和反应物的转化率混为一谈的错误。按此观点就会得出[v](逆)>[v](正),但平衡向正反应方向进行的谬论,显然是不正确的。
解析 选项A中后者相当于前者达到化学平衡后加压,SO2的转化率增大;B选项中,增大一种反应物的浓度,平衡应正向移动;D选项加入SO3,则逆反应速率增大,此时正反应速率不变,所以反应向逆反应方向进行。
答案 C
点拨 在固定体积的容器中对于有气体参加的反应,当达到新的平衡时,若某反应物的转化率增大,则平衡正向移动。这种情况很有迷惑性,因为对因温度和压强改变引起的平衡移动是适合的,而对浓度改变引起的平衡移动的有些情况是不正确的。
5. 把[v](正)增大与平衡正向移动等同
例5 将1 mol H2(g)和2 mol I2(g)置于2 L密闭容器中,在一定温度下发生反应:H2(g)+I2(g)⇌2HI(g) [ΔH<0],并达到平衡,HI的体积分数[w](HI)随时间变化如图(Ⅱ)所示。若改变反应条件,[w](HI)的变化曲线如图(Ⅰ)所示,则改变的条件可能是( )
[[w](HI)][Ⅱ][Ⅰ]
A. 恒温恒容条件下,加入适当催化剂
B. 恒温恒压条件下,充入1 mol N2
C. 恒容条件下,升高温度
D. 恒温恒容条件下,再充入1 mol H2(g)和2 mol I2(g)
错选 A
错因 认为[v](正)增大,平衡一定向正反应方向移动。其实只有[v](正)>[v](逆),反应才向正反应方向移动。
解析 催化剂只能加快反应速率,而不会影响平衡移动,因为催化剂对正、逆反应速率的影响是同等程度的增大。A项错误;恒压条件下充入N2,体积增大,反应物浓度减小,反应速率降低,B项错误;原反应是放热反应,温度升高,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,C项正确;按原比例充入H2和I2,反应速率加快,但平衡转化率不变,D项错误。
答案 C
6. 溶液的稀释
例6 已知:草酸(H2C2O4)是二元弱酸,0.1 mol·L-1的KHC2O4溶液中存在如下的平衡:HC2O4-+H2O⇌H2C2O4+OH-,若向该溶液中加水,则下列说法正确的是( )
A.溶液中c(HC2O4-)和c(OH-) 都减小
B.溶液中c(OH-)增大
C.HC2O4-的水解平衡逆向移动
D.溶液的pH增大
错选 BD
错因 加入水后,由勒夏特列原理可知,水的参与使得平衡向正反应方向移动,所以c(OH-)增大。
解析 加入水后,溶液变稀,溶液中离子溶度变小,平衡就向溶液中离子数量增多的方向移动,因而平衡应向正反应方向移动。但是整个溶液中离子的浓度是减小的,因为溶液体积增加的倍数大于溶液中离子浓度增加的倍数。
答案 A
点拨 在溶液中存在的平衡不仅要考虑平衡的移动,还要看溶液存在的各种离子之间是否会发生反应。如果可以发生反应,那么就不仅仅是平衡的移动的问题了。
7. 可逆反应是否存在能够减弱某项条件改变的反应方向
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强、温度等)平衡就向减弱这种改变的方向移动即勒夏特列原理。但应注意以下情况,如对mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g),m+n=p+q型的可逆反应,它无气体体积扩大或缩小的反应方向,因此改变压强,化学平衡不移动。
综上所述,在利用勒夏特列原理解决有关的问题时,不仅要深刻地理解勒夏特列原理的本质,还要多角度地考虑问题。
【练习】
1. 在CH3COOH⇌CH3COO-+H+的电离平衡中,要使电离平衡右移且氢离子浓度增大,应采取的措施是( )
A.加入NaOH B.加入盐酸
C.加水 D.升高温度
2.一定温度下,存在下列平衡:Ca(OH)2(s)⇌Ca2+(aq)+2OH-(aq),当向一定量石灰乳悬浊液加入少量生石灰时,下列说法正确的是( )
A.溶液中Ca2+离子数目减少
B.溶液中c(Ca2+)增大
C.溶液中pH增大
D.溶液中溶质的质量分数增大
3.在一密闭容器中,反应aA(g)⇌bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则( )
A.平衡向正反应方向移动了
B.物质A的转化率减少了
C.物质B的质量分数增加了
D.a>b
4.已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)。下列说法不正确的是( )
A. 升高温度可使该反应的逆反应速率降低
B. 使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C. 反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定
D. 单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡
5.在密闭容器中,反应2HI⇌H2+I2(正反应吸热),当达到平衡时,欲使混合气体的颜色加深,可采取的措施有( )
A.减小容器体积 B.降低温度
C.加入催化剂 D.恒容下充入HI气体
【参考答案】
1. D 2. A 3. AC 4. A 5. BD
例1 某温度下,向一体积固定的密闭容器中充入1 mol PCl5,发生反应PCl5(g)⇌PCl3 (g)+Cl2(g)。反应达到平衡后,再向容器中充入1 mol PCl5,问此时平衡移动的方向?
错解 平衡向左移动了
错因 再向容器中加入1 mol PCl5,和开始加入2 mol PCl5达到平衡时的效果一样。容积固定的密闭容器中,成比例的增大反应物的量,相当于加压过程(图示中乙容器充了2 mol PCl5,等价于丙容器充入2 mol PCl5达到平衡后,将活塞从B推至A处),所以平衡向左进行。
解析 反应向右进行,平衡向右移动。理由:增大反应物的浓度,正反应速率增大,此时逆反应速率不变,所以反应向正反应方向进行。改变条件后反应向正反应方向进行了,此时化学平衡向右移动了。
答案 平衡向右移动
点拨 改变的条件是“增加1 mol PCl5”,而不是“增加1 mol PCl5”达到平衡后的平衡混合物。错误地认为两者是等价的。
2. 改变条件却没有改变平衡
例2 某体积固定的密闭容器,放入一定量的SO2、O2,发生反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(s)(正反应放热),达到平衡后,下列措施可以使得平衡向右移动的是( )
A.通入N2 B.通入O2
C.升温 D.减少SO3的量
错选 AD
错因 A选项中通入氮气之后,因为是密闭容器,所以容器内的压强增大,由勒夏特列原理可知,平衡向体积减少的方向移动,所以平衡向右移动。而D选项中减少SO3,降低了生成物的浓度,所以平衡向右进行。
解析 在影响平衡的条件中,压强改变平衡是通过改变反应物的浓度来改变的。A选项中通入氮气后,反应物的浓度并没有改变,所以平衡不移动。D选项中减少SO3,但SO3是固体,对平衡体系无影响,所以平衡不移动。勒夏特列原理在平衡移动时才成立,平衡不移动,勒夏特列原理就不适用,且勒夏特列原理只适用于改变条件能导致平衡移动的反应。
答案 B
点拨 密闭容器中进行的可逆反应,达到平衡后,在温度不变的条件下,通入不参加反应的气体,如:N2、稀有气体等,平衡并没有移动,此时就不能用勒夏特列原理判断。改变化学平衡体系中固体或纯液体的物质的量时,并未改变影响化学平衡的条件,不能用勒夏特列原理判断。
3. 把物质百分含量的变化作为平衡移动的方向的标志
例3 恒温时,一体积可变的密闭容器内发生反应2NO2(g)⇌N2O4(g)(正反应放热),达到平衡后,若分别单独改变下列条件,重新达到平衡后,能使混合气体的相对分子质量减小的是( )
A.通入Ne B.通入NO2
C.通入N2O4 D.降低温度
错选 B
错因 通入NO2后,NO2的体积分数增大,由勒夏特列原理可知,平衡向减弱这种改变的方向进行,但是不能消除这种改变,故NO2的体积分数最终还是增大的,所以混合气体的平均相对分子质量变小。
解析 在2NO2(g)⇌N2O4(g)的反应中,反应物只有一种,即:NO2。再通入NO2后,相当于压强变大,平衡向右移动,NO2的体积分数最终会变小,其混合气体的平均相对分子质量变大。
答案 A
点拨 在多种反应物的可逆反应达到平衡之后,加入其中的一种反应物,重新达到平衡后,可以使得其他反应物的转化率升高,而本身的转化率降低,本身的体积分数变大。但是只有一种反应物的平衡要区别对待。
4. 将平衡正向移动和反应物的转化率提高等同
例4 恒温恒容条件下,下列叙述正确的是( )
A. 相同的甲、乙两容器中分别加入1 g SO2、1 g O2与2 g SO2、2 g O2,发生反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)达到平衡,SO2的转化率前者大
B. 反应H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)达到平衡,增大H2的物质的量,平衡不移动
C. 反应H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)达到平衡,增大HI的物质的量,HI的分解率和体积分数均不变
D. 反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)反应达到平衡,再充入[n] mol SO3,此时平衡向右移动
错选 D
错因 认为加入SO3后,所有SO3的百分含量比原来容器中的高(可以由等效平衡分析),所以平衡向正方向移动了。这种观点犯了将平衡移动方向和反应物的转化率混为一谈的错误。按此观点就会得出[v](逆)>[v](正),但平衡向正反应方向进行的谬论,显然是不正确的。
解析 选项A中后者相当于前者达到化学平衡后加压,SO2的转化率增大;B选项中,增大一种反应物的浓度,平衡应正向移动;D选项加入SO3,则逆反应速率增大,此时正反应速率不变,所以反应向逆反应方向进行。
答案 C
点拨 在固定体积的容器中对于有气体参加的反应,当达到新的平衡时,若某反应物的转化率增大,则平衡正向移动。这种情况很有迷惑性,因为对因温度和压强改变引起的平衡移动是适合的,而对浓度改变引起的平衡移动的有些情况是不正确的。
5. 把[v](正)增大与平衡正向移动等同
例5 将1 mol H2(g)和2 mol I2(g)置于2 L密闭容器中,在一定温度下发生反应:H2(g)+I2(g)⇌2HI(g) [ΔH<0],并达到平衡,HI的体积分数[w](HI)随时间变化如图(Ⅱ)所示。若改变反应条件,[w](HI)的变化曲线如图(Ⅰ)所示,则改变的条件可能是( )
[[w](HI)][Ⅱ][Ⅰ]
A. 恒温恒容条件下,加入适当催化剂
B. 恒温恒压条件下,充入1 mol N2
C. 恒容条件下,升高温度
D. 恒温恒容条件下,再充入1 mol H2(g)和2 mol I2(g)
错选 A
错因 认为[v](正)增大,平衡一定向正反应方向移动。其实只有[v](正)>[v](逆),反应才向正反应方向移动。
解析 催化剂只能加快反应速率,而不会影响平衡移动,因为催化剂对正、逆反应速率的影响是同等程度的增大。A项错误;恒压条件下充入N2,体积增大,反应物浓度减小,反应速率降低,B项错误;原反应是放热反应,温度升高,反应速率加快,平衡向逆反应方向移动,C项正确;按原比例充入H2和I2,反应速率加快,但平衡转化率不变,D项错误。
答案 C
6. 溶液的稀释
例6 已知:草酸(H2C2O4)是二元弱酸,0.1 mol·L-1的KHC2O4溶液中存在如下的平衡:HC2O4-+H2O⇌H2C2O4+OH-,若向该溶液中加水,则下列说法正确的是( )
A.溶液中c(HC2O4-)和c(OH-) 都减小
B.溶液中c(OH-)增大
C.HC2O4-的水解平衡逆向移动
D.溶液的pH增大
错选 BD
错因 加入水后,由勒夏特列原理可知,水的参与使得平衡向正反应方向移动,所以c(OH-)增大。
解析 加入水后,溶液变稀,溶液中离子溶度变小,平衡就向溶液中离子数量增多的方向移动,因而平衡应向正反应方向移动。但是整个溶液中离子的浓度是减小的,因为溶液体积增加的倍数大于溶液中离子浓度增加的倍数。
答案 A
点拨 在溶液中存在的平衡不仅要考虑平衡的移动,还要看溶液存在的各种离子之间是否会发生反应。如果可以发生反应,那么就不仅仅是平衡的移动的问题了。
7. 可逆反应是否存在能够减弱某项条件改变的反应方向
如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强、温度等)平衡就向减弱这种改变的方向移动即勒夏特列原理。但应注意以下情况,如对mA(g)+nB(g)⇌pC(g)+qD(g),m+n=p+q型的可逆反应,它无气体体积扩大或缩小的反应方向,因此改变压强,化学平衡不移动。
综上所述,在利用勒夏特列原理解决有关的问题时,不仅要深刻地理解勒夏特列原理的本质,还要多角度地考虑问题。
【练习】
1. 在CH3COOH⇌CH3COO-+H+的电离平衡中,要使电离平衡右移且氢离子浓度增大,应采取的措施是( )
A.加入NaOH B.加入盐酸
C.加水 D.升高温度
2.一定温度下,存在下列平衡:Ca(OH)2(s)⇌Ca2+(aq)+2OH-(aq),当向一定量石灰乳悬浊液加入少量生石灰时,下列说法正确的是( )
A.溶液中Ca2+离子数目减少
B.溶液中c(Ca2+)增大
C.溶液中pH增大
D.溶液中溶质的质量分数增大
3.在一密闭容器中,反应aA(g)⇌bB(g)达平衡后,保持温度不变,将容器体积增加一倍,当达到新的平衡时,B的浓度是原来的60%,则( )
A.平衡向正反应方向移动了
B.物质A的转化率减少了
C.物质B的质量分数增加了
D.a>b
4.已知汽车尾气无害化处理反应为2NO(g)+2CO(g)⇌N2(g)+2CO2(g)。下列说法不正确的是( )
A. 升高温度可使该反应的逆反应速率降低
B. 使用高效催化剂可有效提高正反应速率
C. 反应达到平衡后,NO的反应速率保持恒定
D. 单位时间内消耗CO和CO2的物质的量相等时,反应达到平衡
5.在密闭容器中,反应2HI⇌H2+I2(正反应吸热),当达到平衡时,欲使混合气体的颜色加深,可采取的措施有( )
A.减小容器体积 B.降低温度
C.加入催化剂 D.恒容下充入HI气体
【参考答案】
1. D 2. A 3. AC 4. A 5. BD