①逆:化学平衡研究的对象是可逆反应。
②等:V(正)==V(逆)≠0
③动:化学平衡是动态平衡。虽然V(正)==V(逆),但正、逆反应仍在进行。
④定:反应物和生成物的浓度保持一定。
⑤变:外界条件改变,平衡也随之改变。
3.化学平衡常数:
(1)概念:对于一定条件下的可逆反应(aA+bB cC+dD),达到化学平衡时,生成物浓度的乘幂的乘积与反应物浓度的乘幂的乘积之比为一常数,记作Kc,称为化学平衡常数(浓度平衡常数)。
(2)数学表达式:
如果反应物和生成物均为气体,当达到化学平衡时,将由各物质平衡分压算得的平衡常数称为压强平衡常数。即
浓度平衡常数和压强平衡常数均称为化学平衡常数。
(3)意义:平衡常数的大小化学反应可能进行的程度(即反应限度);平衡常数的数值越大,说明反应进行得越完全。
(4)影响因素:只与温度有关,而与浓度无关。
4.平衡转化率:对于可逆反应aA+bB cC+dD,反应物A的平衡转化率可以表示为:
α(A)==(c0(A)- [A])/c0(A)×100%
5. 反应条件对化学平衡的影响
(1)化学平衡移动:一定条件下的可逆反应达到平衡状态以后,反应条件改变,平衡混合物中各组分的浓度也随之发生改变而达到新的平衡状态,这种由一个平衡达到新的平衡的过程称为化学平衡移动。
(2)反应条件对化学平衡的影响
①改变温度:
升高温度,化学平衡向吸热反应方向移动。
降低温度,化学平衡向放热反应方向移动。
②改变浓度:
若Qc
若Qc>Kc,化学平衡逆向(向左)移动。
③改变压强:
若Qp
若Qp>Kp,化学平衡逆向(向左)移动。
(3)勒夏特列原理:在封闭体系中,如果只改变平衡体系中的一个条件时,平衡将向减弱这个条件改变的方向移动。
【例1】(2010天津卷,10)
(14分)二甲醚是一 种重要的清洁燃料,也可替代氟利昂作制冷剂等,对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物(水煤气)合成二甲醚。
请回答下列问题:
⑴ 煤的气化的主要化学反应方程式为:___________________________。
⑵ 煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收,生成两种酸式盐,该反应的化学方程式为:________________________________________。
⑶ 利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下:
① 2H2(g) + CO(g) CH3OH(g);ΔH = -90.8 kJ•mol-1
② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g);ΔH= -23.5 kJ•mol-1
③ CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g);ΔH= -41.3 kJ•mol-1
总反应:3H2(g) + 3CO(g) CH3OCH3(g ) + CO2 (g)的ΔH= ___________;
一定条件下的密闭容器中,该总反应达到平衡,要提高CO的转化率,可以采取的措施是__________(填字母代号)。
a.高温高压 b.加入催化剂 c.减少CO2的浓度
d.增加CO的浓度 e.分离出二甲醚
⑷ 已知反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g) + H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下,在密闭容器中加 入CH3OH ,反应到某时刻测得各组分的浓度如下:
物质 CH3OH CH3OCH3 H2O
浓度/(mol•L-1) 0.44 0.6 0.6
① 比较此时正、逆反应速率的大小:v正 ______ v逆 (填“>”、“<”或“=”)。
② 若加入CH3OH后,经10 min反应达到平衡,此时c(CH3OH) = _________;该时间内反应速率v(CH3OH) = __________。
解析:(1)煤生成水煤气的反应为C+H2O CO+H2。
(2)既然生成两种酸式盐,应是NaHCO3和NaHS,故方程式为:
Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS。
(3)观察目标方程式,应是①×2+②+③,故△H=2△H1+△H2+△H3=-246.4kJ• mol -1。
正反应是放热反应,升高温度平衡左移,CO转化率减小;加入催化剂,平衡不移动,转化率不变;减少CO2的浓度、分离出二甲醚,平衡右移,CO转化率增大;增大CO浓度,平衡右移,但CO转化率降低;故选c、e。
(4)此时的浓度商Q= =1.86<400,反应未达到平衡状态,向正反应方向移动,故 正> 逆;设平衡时生成物的浓度为0.6+x,则甲醇的浓度为(0.44-2x)有:400= ,解得x=0.2 mol•L-1,故0.44 mol•L-1-2x=0.04 mol•L-1。
由表可知,甲醇的起始浓度度为(0.44+1.2) mol•L-1=1.64 mol•L-1,其平衡浓度为0.04 mol•L-1,
10min变化的浓度为1.6 mol•L-1,故 (CH3OH)=0.16 mol•L-1•min-1。
答案:(1) C+H2O CO+H2。
(2) Na2CO3+H2S==NaHCO3+NaHS
(3) -2 46.4kJ• mol -1 c、e
(4) ①> ②0.04 mol•L-1 0.16 mol•L-1•min-1
命题立意:本题是化学反应原理的综合性试题,考查了化学方程式的书写、盖斯定律的应用、化学平衡移动原理,和利用浓度商和平衡常数的关系判断平衡移动的方向、平衡常数和速率的计算等。
【例2】(2010四川理综卷,13)
反应aM(g)+bN(g) cP(g)+dQ(g)达到平衡时。M的体积分数y(M)与反应条件的关系如图所示。其中:Z表示反应开始时N的物质的量与M的物质的量之比。下列说法正确的是
A.同温同压Z时,加入催化剂,平衡时Q的体积分数增加
B.同压同Z时,升高温度,平衡时Q的体积分数增加
C.同温同Z时,增加压强,平衡时Q的体积分数增加
D.同温同压时,增加Z,平衡时Q的体积分数增加。
答案:B
解析:本题考查了平衡移动原理的应用。A项加入催化剂只能改变反应速率,不会使平衡移动。B项由图像(1)知随着温度的升高M的体积分数降低,说明正反应吸热,所以温度升高平衡正向移动,Q的体积分数增加。C项对比(1)(2)可以看出相同温度条件,压强增大M的体积分数增大,所以正反应是体积缩小的反应,增大压强Q的体积分数减小。D项由C项可以判断D也不对。
【巩固练习1】(福建省泉州一中2010届高三上学期期中考试)在1 L密闭容器中,把1 mol A和1 mol B混合发生如下反应:
3A(g)+B(g) xC(g)+2D(g),当反应达到平衡时,生成0.4 mol D,并测得C的平衡浓度为0.4 mol•Lˉ1,下列叙述中不正确的是
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