化学反应速率与化学平衡 (上)
教学内容
1. 了解化学平衡移动的概念
2．理解影响化学平衡的因素
3．掌握勒沙特列原理及其应用
4. 理解工业合成氨适宜条件的选择
二、学习指导
（一） 化学平衡移动
1．从正、逆反应速度是否相等分析：
一定条件 改变条件 新条件一定
v正＝v逆≠0 v¢正≠v¢逆 v¢¢正＝v¢¢逆≠0
平衡状态I 平衡破坏 平衡状态Ⅱ
平 衡 移 动
方向
取决于v¢正与v¢逆的相对大小
若v¢正＞v¢逆, 则正移
若v¢正＜v¢逆, 则逆移
若v¢正＝v¢逆, 则不移
化学平衡状态是指在一定条件下正反应速率与逆反应速率相等的动态平衡状态。这种平衡是相对的，改变反应的某些条件，可以使正、逆反应发生不同程度的改变（也可能只改变正、逆反应速率的一种速率），原平衡状态被破坏，一定时间后，在新的条件下又建立新的平衡状态，这一过程就是化学平衡的移动。
2．从浓度商和平衡常数分析：
对于一个一般的可逆反应：aA + bB ==== cC + dD，在平衡状态时，平衡常数K=
，浓度商Q与K具有相同的表达式，但其浓度（或压力）不像K那样特指平衡态。
当Q = K时，反应处于平衡状态；
当Q < K时，反应向着正方向进行；
当Q > K时，反应向着逆方向进行。
同样，欲破坏化学平衡状态，必须使Q ≠ K，
（二）. 影响化学平衡的因素
mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)＋Q（放热），△ng＝p＋q－(m＋n)
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条件的改变 | |||
| 浓 度 | C(反应物）增大 C(反应物)减小 C(生成物)增大 C(生成物)减小 | v¢正突增后减，v¢逆渐增，v¢正＞v¢逆 v¢正突减后增，v¢逆渐减，v¢逆＞v¢正 v¢逆突增后减，v¢正渐增，v¢逆＞v¢正 v¢逆突减后增，v¢正渐减，v¢正＞v¢逆 | 正移 逆移 逆移 正移 |
| 压 强 | 增 大 压 强 | △ng＜0 v¢正＞v¢逆 △ng＞0 v¢正、v¢逆均突增 v¢正＜v¢逆 △ng＝0 v¢正＝v¢逆 | 正移 逆移 不移 |
| 减 小 压 强 | △ng＜0 v¢正＜v¢逆 △ng＞0 v¢正、v¢逆均突减 v¢正＞v¢逆 △ng＝0 v¢正＝v¢逆 | 逆移 正移 不移 | |
| 温 度 | 升 温 | v¢正、v¢逆均突增 Q＞0, v¢正＜v¢逆 Q＜0，v¢正＞v¢逆 | 逆移 正移 |
| 降 温 | v¢正、v¢逆均突减 Q＞0, v¢正＞v¢逆 Q＜0, v¢正＜v¢逆 | 正移 逆移 | |
| 催 化 剂 | 正催化剂 负催化剂 | v¢正、v¢逆同等程度增大 v¢正、v¢逆同等程度减小 | 不移动 |
产生的影响思考：若在气体混和物中充入惰性气体，对化学平衡的移动有无影响？
解析：应分恒温恒压和恒温恒容两种情况进行讨论.
① 恒温恒压 ： 充入惰性气体，密闭容器的体积体积增大，各组分浓度同等程度降低，其效果相当于减小平衡混和物的压强，因此，平衡向反应气体体积增大方向移动。如对合成氨反应来说，则向逆反应方向移动。图象如下：
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V’逆
V’正
② 恒温恒容:充入惰性气体，似乎总压强增大了，但实际上容器体积不变，对平衡混和物各组成浓度不变，即原各气体分压不变，增大的惰性气体的分压与平衡体系无关，所以平衡不发生移动. 图象如下：
V正 V正’＝ V逆’
V逆
注意
①以上讨论适合于不与平衡混和物各组分反应的多种气体.不一定真为惰性气体。
②如可逆反应前后气态物质总物质的量不变,则化学平衡不受压强影响,上述恒温恒压、恒温恒容两情况都不会使化学平衡移动.
三、化学平衡移动原理----勒沙特列原理
1．定义：如果改变平衡系统的条件之一，如温度、压强或浓度，平衡就向减弱这个改变的方向移动。
2．实例：
分析下列实验： 反应式：（T一定）
2NO2
N2O4＋Q（放热）
（红棕色）（ 无色）
视线
起始平衡I 压缩 瞬间
最终平衡Ⅱ
色1 物理变化 色2 平衡移动 色3
颜色深浅顺序:
色2＞色3＞色1
由于在视线所指方向观察颜色深浅主要取决于NO2的浓度,在保持温度不变,增大容器内压强时,最终保持容器体积为原来的1/2时,则NO2的浓度CNO2、容器中压强有如下图示：
2C1＞C3＞C1 P1＜P3＜2P1
3．应用延伸：勒沙特列原理除了用于典型的可逆反应建立的平衡体系外，也可用于其它的平衡体系。如溶解平衡、电离平衡甚至多重平衡等。如①用难挥发酸制易挥发酸 ②用金属Na和KCl反应制K是利用K的沸点低于Na, 控制合适温度，使K成为气体从熔融混合物中分离出来，使反应得以进行，并非是Na、K还原性的强弱来决定的。
（四）合成氨工业简述
1．原料气的制备、净化
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物理方法：空气 液态空气
N2
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②
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水蒸气 CO+H2
CO2+H2
H2
反应方程式为：
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注意：制得的N2、H2需要净化，清除杂质，以防止催化剂“中毒”。
2.合成氨反应的特点
化学反应：N2+3H2 2NH3 △H=-92.4KJ
（1）可逆反应；
（2）正反应是放热反应；
（3）正反应是气体体积缩小的反应。
3．工业合成氨适宜条件的选择
在实际生产中，需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况，以确定最佳的生产条件。
（1）温度、压强与化学平衡、反应速率的关系
将N2和H2按1:3组成的混合气在不同的温度和压强下长期放置,测得达到平衡时NH3的体积百分比如下图所示.
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(a)压强不变时,温度越低,
NH3%越大
(b)温度不变时,压强越高, NH3%越大
但是又存在如下问题：
a)温度低,反应速率降低.在较低温度下,从N2、H2开始到达平衡要花好几年时间，无实际意义
b)压强增高，对设备、技术、动力等要求相应提高．
适宜条件：①一般采用的压强是
Pa
②选择适当的催化剂（铁触媒）
考虑催化剂的活性及反应速率
选择适当的温度（500℃）
（2）浓度对反应速率、化学平衡的影响
①提高N2或H2的浓度，均可使反应速率增大. 对转化率（a）的影响如下：
当 CN2 ↗时，则aN2↘，aH2↗
当CH2↗时，则aH2↘，aN2↗
故向循环气中不断补充N2和H2 且N2、H2可循环使用
②当降低NH3的浓度，平衡正移——使生成的氨冷却，成液态分离出．
4. 图示合成氨的原理
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三、典型例析：
例1．对于下列二个平衡体系，增大压强（缩小容器体积）时，混合气体的颜色有何变化？)
（1）H2(g) + I2(g) ==== 2HI(g)
（2）2NO2(g) ==== N2O4(g)
析 根据平衡移动原理，可判断出平衡移动方向，但体系的颜色取决于有色物质的平衡浓度，要比较出第一次平衡时有色气体的浓度与第二次平衡时有色气体平衡浓度的大小，方可得出颜色的变化。
解 析：（1）增大压强，平衡不移动，但缩小了体积，[I2]增大，故体系颜色加深。
（2）增大压强，平衡正向移动，[N2O4]增大，由于
，故[NO2]亦增大，故体系颜色也加深。
例2． 298K时，合成氨反应的热化学方程式为：
N2（气）+3H2（气） 2NH3（气）△H=-92.4KJ。在该温度下，取1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量总是小于92.4KJ。其原因是 。
解析：该反应是可逆反应，在密闭容器中进行将达到平衡，1 mol N2 和3 mol H2不能完全反应生成2 mol NH3 ，因而放出的热量总小于92.4KJ。
例3． 在容积相同的两密闭容器A和B中，保持温度为423K，同时向A、B中分别加入a mol及b mol HI（a＞b），当反应2HI H2＋I2（g）达到平衡后，下列说法正确的是
A 从反应开始至达到平衡,所需时间是tA＞tB.
B 平衡时［I2］A＝［I2］B
C 平衡时, I2蒸气在混和气体中的体积百分含量A容器中的大于B容器中的
D HI的平衡分解率 aA＝aB
解析 本题分析时抓住两个关键：
（1）A、B容器中分别加入a mol及b mol HI（a＞b）,则压强Pa＞Pb.
（2）化学方程式特点是:△Vg=0,故压强变化平衡不移动
根据压强对反应速度的影响,可得∵ PA＞PB ∴ VA＞VB ∴ tA＜tB
根据反应特点，平衡不受压强变化的影响,,A和B容器中I2蒸气的体积百分含量相等.
但注意:平衡状态相同是指在平衡混和物中的百分含量相同,而不是浓度相等,∵PA＞PB
∴［I2］A＞［I2］B
由于平衡状态相同,当然HI的平衡分解率相同:aA＝aB
本题选项D
注意：从本题可进一步明白:若反应速率、平衡浓度改变，但平衡不一定发生移动，而百分含量改变平衡则一定发生移动.
例4．可逆反应2A＋B 2C(g)＋Q (放热)随温度变化气体平均相对分子质量
如图所
示，则下列叙述正确的是（
）
A．A和B可能都是固体
B．A和B一定都是气体
C．若B为固体，则A一定为气体
D．A和B可能都是气体
解析;从图示可知；升温使反应向平均分子量减小的方向移动。若A和B都是固体
则只有C一种气体，当然分子量不变。若A和B都是气体，则升温平衡逆移，而逆反应方向正是气体物质的量增大的方向，将导致平均分子量减小。但是否A和B一定都是气体呢？不一定！若B为固体，A又不能为固体，当升温平衡逆移，只有当气体质量减小时，才会使平均分子量减小，故此时A一定为气体。本题选项C、D。
巩固练习
（一）、选择题
1．在已经处于化学平衡的体系中，如果下列物理量发生变化，其中一定能表明平衡移动的是（ ）
A．反应混合物的浓度 B．反应物理的转化率
C．正、逆反应速率 D．反应混合物的压强
2．把氢氧化钙放入蒸馏水中，一定时间后达到如下平衡：Ca(OH)2(固)==== Ca2++2OH—，加入以下溶液，可使Ca(OH)2减少的是（ ）
A．Na2S溶液 B．AlCl3溶液
C．NaOH溶液 D．CaCl2溶液
3．在高温下反应2HBr(气) ==== H2(气)+Br2(气)—Q达到平衡时，要使混合气体颜色加深，可采取的方法是（ ）
A．减小压强 B．缩小体积
C．升高温度 D．增大氢气的浓度
4．现有三个体积相等的密闭容器，都进行下列反应：
CO2+H2 ==== H2O(气)+CO
反应所处的湿度相同，但起始浓度不同，其中甲：n(CO2)=n(H2)=a摩，乙：n(CO2)=a摩，n(H2)=2a摩，丙：n(CO2)=n(H2)=n(H2O气)=a摩，达到平衡时，CO的物质的量由大到小的顺序是（ ）
A．甲＞乙＞丙 B．甲＞丙＞乙
C．乙＞丙＞甲 D．乙＞甲＞丙
5．关于合成氨工业，下列说法正确的是（ ）
A．合成氨的反应是放热的，所以合成氨时温度越低，对氨的工业生产越有利。
B．根据合成氨的反应，增大压强能提高氨的生产率，所以在合成氨工业中在条件允许的情况下应尽量增大压强。
C．生产中常使用某种廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的转化率。
D．使用催化剂只加快反应速度，不影响平衡移动，因此对合成氨产量无影响。
6．已建立化学平衡的某可逆反应，当改变条件使化学平衡同正反应方向移动地，下列有关叙述正确的是（ ）
①生成物的质量分数一定增加
②生成物的产量一定增加
③反应物的转化率一定增大
④反应物浓度一定降低
⑤正反应速率一定大于逆反应速率
⑥使用了合适的催化剂
A．①② B．②⑤ C．③⑤ D．④⑥
7．可逆反应mA(g)+nB ==== pC(g)+qD中，A和C都是无色气体，达平衡后，下列叙述正确的是（ ）
A．若增加B的量，平衡体系颜色加深，说明B必是气体。
B．增大压强，平衡不移动，说明m+n一定等于p+q.
C．升温，A的转化率减小，说明正反应是吸热反应.
D．若B是气体，增大A的量，A、B转化率并不都增大。
8．两注射器中分别装有颜色相同的NO2(含N2O4)和Br2(气)，将活塞同时向外拉，使气体体积扩大1倍，从垂直于活塞拉动的方向观察颜色，符合下列情况的是（ ）
A．Br2(g)颜色比NO2颜色深
B．NO2颜色比Br2(g)颜色深
C．两种气体的颜色一样
D．两种气体的颜色均比原来颜色浅。
9．不能用勒沙特列原理解释的现象是（ ）
A．碳酸钙不溶于水，但溶于盐酸。
B．我国氮肥厂大都采用500℃左右的高温下合成氨。
C．我国氮肥厂大都采用3×107Pa条件下合成氨。
D．用热的纯碱溶液洗油污时，去污效果好。
10．将CO和H2O(气)按物质的量为1 ：2进行混合，在一定条件下反应CO+H2O(气) ==== CO2+H2达平衡时，CO的转化率为25%，则平衡混合气的平衡相对分子质量为（ ）
A．24 B．21.33 C．19.50 D．23
11．在一个固定体积的密闭容器中装入AmolN2，BmolH2，在一定条件达到平衡，生成CmolNH3，保持温度不变，平衡时与反应前压强之比为（ ）
A．
B．
C．
D．
12．反应A+B ==== 2C+Q（放热），已知C是气体，达平衡后同时升高温并降低压强，又达到新的平衡，若后次平衡时混合物中C的含量与前次平衡时相同，则下列推断正确的是（ ）
A．A不一定是气态物质 B．A一定是气态物质
C．B一定不是气态物质 D．B一定是气态物质
13．在一定湿度和压强下，N2O4 ==== 2NO2—Q（吸热）的反应在密闭容器中达到平衡，能提高N2O4分解率的措施是（ ）
A．降低体系的湿度
B．保持体积不变，通入NO2气，使体系压强增大
C．保持体积不变，通入N2，使体系压强增大一倍
D．保持压强不变，通入Ar气，使体系体积增大一倍
14．可逆反应X(g)+Y ==== Z(g)+R，达到平衡时，下列说法错误的是（ ）
A．升高湿度[x]/[Z]的比值减小，表时反应是吸热反应
B．增大压强，平衡不移动，说明Y、R都是气体
C．若Y是气体，增大x的浓度会使Y的转化率增大
D．增大压强，混合气体的平均相对分子质量一定增大
15．反应NH4HS (s)==== NH3(g)+H2S(g)在某一湿度达到平衡，下列各种情况中，不能使平衡发生转动的是（ ）
A．移走一部分NH4HS固体
B．其他条件不变时，通入SO2气体
C．容器体积不变，充入氮气
D．保持压强不变，充入氮气
16．对于Ma(g)+nB(g) ==== PC(g)+Qd(g)的平衡体系，当升高湿度时，体系的平衡分子量时氢气的相对密度从18.4变成167下列说法正确的是（ ）
A．m+n＜p+q 正反应是吸热反应
B．m+n＜p+g 正反应是放热反应
C．m+m＞p+g 逆反应是放热反应
D．m+n＞p+g 逆反应是吸热反应
17．当化学反应2NO(g)+O2(g) ==== 2NO2(g)在密闭容器中处于平衡状态时，几容器中加入18O原子含量较多的氧气，平衡发生转移，则在建立新平衡状态以前，NO和NO2中所含18O的原子分数与原平衡状态时18O的原子分数相比较，正确的说法是（ ）
A.均增大 B．均减小
C．NO中不变，NO2中增大 D．NO中增大的多于NO2中增大的
18．A、B、C、D表示易溶于水的弱电解质分子或离子，量在水溶液中存在下列化学平衡，加水稀释后，平衡向正方向转动的是（ ）
A．A+B ==== C+D
B．A+B ==== C+H2O
C．A+H2O ==== C+D
D．A+2B+H2O ==== C+D
19．在一定体积的密闭容器中充入3L气体A和5L气体B，在一定条件进和下述反应2A（气）+5B（气）=4C（气）+nC(气)反应守全后容器湿度不变，混合气压强是原来的81.5%，则化学方程式中n值是（ ）
A．2 B．3 C．4 D．5
20．在容积为20L的真空密闭容器中，充入0.1molH2和0.2mol碘蒸气，加热到t1℃后，发生反应：H2+I2(气) ==== 2HI+Q，测得H2的转化率为50%，再升温到t2℃时，HI的浓度又变成t1℃时的一半，整个过程中体积不变，则在t2℃时混合气体的密度为（ ）
A．2.12g·L—1 B．2.55 g·L—1 C．3.06 g·L—1 D．3.18 g·L—1
（二）填空题
21．在一密闭容器中，对可逆反应A(气)+B(气) ==== 2C(气)+Q进行五次实验，实验数据记录见下表。
| 实验 次数 | 起始浓度c(mol/L) | 反应条件 | ||||
| A | B | C | 湿度t（℃） | 压强P（Pa） | 催化剂 | |
| ① | 1 | 5 | 0 | 200 | 1.01×106 | 有 |
| ② | 1 | 5 | 0 | 200 | 1.01×105 | 有 |
| ③ | 1 | 0 | 200 | 1.01×106 | 有 | |
| ④ | 5 | 0 | 20 | 1.01×105 | 有 | |
| ⑤ | 1 | 0 | 20 | 1.01×105 | 有 | |
根据上表提供的数据判断,当反应达到平衡时:
(1)第_______次实验结果A的转化率最大；
(2)第_______次实验结果A的浓度最大；
(3)第_______次实验结果正反应速率最大。
22．在10℃和2×105Pa条件下，反应aA(气) ==== dD(气)+eE(气)建立平衡后，再逐步增大体系的压强（湿度不变），下表列出不同压强下重新建立平衡时D（气）的浓度CD压强（Pa）2×105 5×105 1×106
CD(mol/L)0.085 0.20 0.44
（1）压强从2×105Pa增大到5×105Pa过程中，平衡向_________（填正或逆）反应方向移动，反应方程中化学计量数关系_____________
（2）压强从5×105Pa增大到1×106Pa过程中，平衡向_________方向移动，其合理的解释是_________________
23．在重铬酸钾（K2Cr2O7）溶液中的存在如下平衡Cr2O72—+H2O ==== 2HCrO4— ==== 2CrO42—+2H+
（1）加入H2SO4，使K2Cr2O7溶液的pH值降低，则溶液中[Cr2O72—]与[CrO42—]的比值将_______________（填“增大”、“减小”、“不变”）
（2）向K2Cr2O7溶液中加入AgNO3溶液，发生离子互换反应，生成砖红色沉淀且溶液的pH值下降，生成的砖红色沉淀的化学式为____________.
（3）重铬酸钾在酸性溶液中是强氧化剂，例如它在H2SO4存在下把Fe2+离子氧化成Fe3+离子，本身被还原成Cr3+.该反应的离子方程式为_________________
（三）计算题
24．右图装置中，容器甲内充有0.1molNO气体，
干燥管内装有一定量Na2O2，从气A处缓慢通入
CO2气体。恒温下，容器甲中活塞缓慢地由B向
左移动，当移至C处时，容器甲体积缩小至最小
，为原体积的
，随着CO2的继续通入，活塞双
逐渐向右移动。
（1）已知当活塞移至C处时，干燥客中物质增加了2.24g，此时通入的CO2气体在标准状况下为多少升？容器甲中NO2转化为N2O4的转化率为多少？
（2）当活塞移至C处后，继续通入amolCO2，此时活塞恰好回至B处，则a值必小于0.01，其理由是___________________________________________________。
参考答案
（一）
1．B 2．B 3．B、C 4．D 5．BC 6．B 7．AD 8．BD 9．B 10．B
11．A 12．AC 13．D 14．BD 15．AC 16．AD 17．A 18．C 19．A 20．B
（二）21．（1）④ （2）③ （3）①
22．（1）逆
（2）a＜d+e
(3)当压强增大到相当高时，使E成炎非气体物质（固D的浓度在改变，说明D有为气体）导致a＞d.故增大压强，平衡正移。
23．（1）增大。
（2）Ag2CrO4
（3）Cr2O72—+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
（三）24． （1）1.792L 25%
（2）活塞由C向B移动时，平衡2NO2==== N2O4向左移动，使气体总物质的量增加。