化學平衡中的常見量變規律及其應用

江蘇 李萬春

化學平衡中的常見量變規律及其應用

江蘇 李萬春

當外界條件發生改變了導致化學平衡移動時，平衡體系的哪些量會發生改變？這是化學平衡部分最重要的考點之一，也是同學們容易出錯的問題。下面就此進行分析，以澄清大家的一些模糊認識。

一、化學平衡中的常見量變規律

1．基本平衡量的變化規律

（1）化學平衡發生移動，一般會造成化學反應速率、物質的平衡濃度和百分含量等都發生變化，但速率、平衡濃度變了，并不意味著平衡一定發生移動。因此，平衡移動與否應該看物質的百分含量是否改變。

（2）化學平衡向右移動，生成物的物質的量必定增加。

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

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

（5）在反應混合物總質量不變的前提下（如壓強或溫度的變化使化學平衡移動時），化學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。百分含量越大，平衡移動的程度越大。

（6）一個具體反應的平衡常數只與溫度有關，溫度不變時，平衡常數K不發生變化。

2．轉化率

（1）不改變反應物的用量而改變溫度或壓強，平衡向正反應方向移動時，各反應物的轉化率增大；反之，則減小。

（2）投料比等于氣態反應物的化學計量數之比時，各反應物的轉化率相同。

（3）投入反應物的物質的量相同時，各反應物的轉化率之比等于化學計量數之比。

（4）反應達平衡后，增加一種氣態反應物的量，另一反應物的轉化率增大，而自身的轉化率減小。

（5）恒溫恒容時，同等倍數地增大（或減少）氣態反應物的量，各反應物的轉化率同倍數地增大、減小或不變（由反應前后氣態反應物化學計量數的大小決定）。

若a＋b＝c＋d，A、B的轉化率不變；

若a＋b＜c＋d，A、B的轉化率都減小（或增大）；

若a＋b＞c＋d，A、B的轉化率都增大（或減?。?。

（6）由于加入催化劑不能使化學平衡移動，所以不能改變反應物的轉化率?？赡娣磻钠胶獬岛娃D化率都可以表示反應進行的程度，但轉化率更直觀一些。對同一反應，平衡常數只受溫度的影響，而轉化率則會受濃度、溫度、壓強等很多外界因素的影響。對于一個可逆反應，化學計量數不一樣時，平衡常數表達式也不一樣，但對應物質的轉化率相同。

3．氣體的平均摩爾質量

當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，混合氣體的總質量守恒。

①若n（反應物）＝n（生成物），平均摩爾質量不變；

②若n（反應物）＜n（生成物），平均摩爾質量減小；

③若n（反應物）＞n（生成物），平均摩爾質量增大。

（2）對于有固體或純液體參加或生成的可逆反應，由于有固態或純液態物質的參加或生成，化學平衡發生移動時，混合氣體的總質量要隨之改變，混合氣體的總物質的量也隨之改變，此時混合氣體的平均摩爾質量的變化情況比較復雜，需要具體討論。

4．密度

（1）當氣體的質量或體積中有一個量發生變化時，密度就會發生改變。

（2）當濃度或壓強改變時，混合氣體的質量或體積就會發生改變，則密度改變。

（3）對于反應物、生成物均為氣體的可逆反應，僅是溫度發生變化時，不管化學平衡如何移動，混合氣體的質量和體積均不會改變，所以密度不發生變化。

5．壓強

壓強影響化學平衡的實質是：改變反應物或生成物的濃度。在一定的條件下，改變氣體的物質的量n、體系的溫度T、容器的體積V都能改變壓強，但改變n和T不能用壓強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的氣體，對平衡有如下兩種影響。

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

（2）壓強不變時，體積增大，各組分濃度變小，對反應前后氣體的物質的量不變的可逆反應，化學平衡不移動；對反應前后氣體的物質的量可變的可逆反應，化學平衡向氣體的物質的量增大的方向移動。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。

二、考查平衡量變規律的題型

1．定性判斷

例1 將NO2裝入帶活塞的密閉容器中，當反應（g）達到平衡后，改變下列一個條件，其中敘述正確的是（ ）

A．升高溫度，氣體顏色加深，則此反應為吸熱反應

B．慢慢壓縮氣體體積，平衡向右移動，混合氣體顏色變淺

C．慢慢壓縮氣體體積，若體積減小一半，壓強增大，但小于原來的兩倍

D．恒溫恒容時，充入惰性氣體，壓強增大，平衡向右移動，混合氣體的顏色變淺

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

答案：C

2．定量計算

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

A．800℃下，該反應的化學平衡常數為0．25

B．427℃時該反應的平衡常數為9．4，則該反應的ΔH＞0

C．800℃下，若繼續向該平衡體系中通入1．0mol的CO（g），則平衡時CO物質的量分數為33．3%

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

答案：D

3．綜合應用

例3 煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數、投料比及產率等問題。

溫度／10 9 1 0．6℃400 500 830 1 000平衡常數K

試回答下列問題：

（1）上述反應的正反應是_________（填“放熱”或“吸熱”）反應。

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

（3）830℃時，在恒容反應器中發生上述反應，按下表中的物質的量投入反應混合物，其中向正反應方向進行的有________（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，在2L的密閉容器中加入4mol CO（g）和6mol H2O（g）達到平衡時，CO的轉化率是________。

解析：（1）由表中數據可知，升溫時，化學平衡常數減小，故正反應為放熱反應。（2）升高溫度時，正、逆反應速率均增大；容器體積不變的情況下，升高溫度，則容器內混合氣體的壓強增大。（3）830℃時，化學平衡常數為1，即若n（CO2）×n（H2）＜n（CO）×n（H2O），則反應向正反應方向進行，符合此要求的是B、C。

（4）830℃時，化學平衡常數為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）