核心素养提升25化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用
化学平衡移动的原理及应用
化学平衡移动的原理及应用1. 原理化学平衡是指在化学反应中，反应物和生成物的浓度达到一种稳定状态的情况。
当这种稳定状态出现移动时，即反应物和生成物重新达到新的平衡浓度，这个现象被称为化学平衡移动。
化学平衡移动的原理是基于平衡常数和Le Chatelier定律。
1.1 平衡常数平衡常数（K）是用来描述化学反应平衡程度的指标。
对于一个化学反应的平衡表达式：A +B ⇌C + D平衡常数定义为：K = \(\frac{[C][D]}{[A][B]}\)，其中方括号表示该物质的浓度。
平衡常数决定了化学反应正向和逆向反应的相对速度和平衡位置。
1.2 Le Chatelier定律Le Chatelier定律是一条描述化学平衡移动的规律。
它说到，当化学系统处于平衡状态时，如果受到外界影响，系统将调整自身以抵消这种影响，以达到新的平衡。
根据Le Chatelier定律，当一个化学系统受到扰动时，系统会对扰动做出反应。
具体来说，当增加了反应物浓度，反应会向生成物方向移动，以减少反应物浓度；相反，当增加了生成物浓度，反应会向反应物方向移动，以减少生成物浓度。
2. 应用化学平衡移动的原理可以应用于许多实际情况中，下面列举了几个常见的应用案例。
2.1 工业生产在工业生产中，化学反应平衡移动的原理可以用于控制反应的进程，以提高产品产率和纯度。
例如，在氨的制备过程中，通过改变反应物氮气和氢气的浓度，可以调节反应平衡位置，从而增加氨的产量。
2.2 环境保护化学平衡移动的原理也可以用于环境保护。
例如，在水体中存在大量的二氧化碳，导致水体呈酸性。
通过向水体中注入石灰，可以增加水中的碳酸钙浓度，从而减少水体的酸性，达到pH值的调节。
2.3 医药领域在医药领域，化学平衡移动的原理常常用于药物的设计和优化。
通过调节药物反应的平衡位置，可以控制药效和药物的副作用。
例如，某些药物的平衡常数可以在一定范围内调整，以增加药物的溶解度和稳定性。
以“化学平衡”为例核心素养培养的教学设计
第49卷第12期2021年6月广州化工Guangzhou Chemical IndustryVol.49No.12Jun.2021以“化学平衡”为例核心素养培养的教学设计孙哲(青海湟川中学，青海西宁810000)摘要：化学平衡是中学化学的理论基础，也是历年来高考的重点和热点，然而化学平衡因不能直观的去理解，使得许多学生在学习的过程中产生困惑而难以理解。
而对于学生发展阶段的核心素养的培养，是化学学习过程中的一个重要目的，以生活素材构建教学情境可化抽象为形象，以设计典型实验来建立模型认识，以知识积淀来推理探究科学规律，是有效提升学生化学核心素养的方式方法。
关键词：化学平衡；核心素养；生活素材；模型；实验中图分类号：G632.3文献标志码：A文章编号：1001-9677(2021)012-0182-03Teaching Design for Core Quality Cultivation with“Chemical Equilibrium v as An ExampleSUN Zhe(Qinghai Huangchuan Senior High School,Qinghai Xining810000,China)Abstract:Chemical equilibrium is the theoretical basis of middle school chemistry,and also the focus and hot spot of college entrance examination over the years.However,chemical equilibrium can not be understood intuitively,which makes many students confused and difficult to understand in the process of learning.The cultivation of students'core literacy in the development stage is an important purpose in the process of chemistry learning.It is an effective way to improve students'core literacy of chemistry by constructing teaching situation with life materials,modeling cognition by designing typical experiments and reasoning and exploring scientific laws by knowledge accumulation.Key words:chemical equilibrium；core accomplishments；life materials；model；experiment“外界条件对化学平衡的影响”作为化学平衡的中心概念之一，具有重要的学科价值［l］o温度、浓度、压强等反应条件的改变将是化学平衡状态发生移动，而这些条件的改变使得平衡如何移动将是本节重要的学习内容［2-4］。
化学平衡原理的实际应用
化学平衡原理的实际应用1. 介绍化学平衡原理是化学中的一个重要概念，它描述了化学反应在特定条件下达到平衡时反应物和生成物之间的相对浓度。
化学平衡原理是研究化学反应平衡性质和反应动力学的基础，也是许多实际应用中的重要依据。
本文将讨论化学平衡原理在实际应用中的一些例子，并说明其重要性和应用价值。
2. 工业催化反应中的应用催化反应是一种常见的工业生产方式，通过添加催化剂可以加速化学反应速率和提高产率。
化学平衡原理在工业催化反应中起着关键作用。
2.1 原料转化和产物选择化学平衡原理可以帮助工业生产中选择合适的催化剂和控制反应条件，以实现原料的高效转化和产物的选择性合成。
通过平衡反应物和生成物的浓度，可以实现产物收率的最大化和副反应的抑制。
2.2 温度和压力的控制化学平衡原理还可以指导工业催化反应中温度和压力的控制。
根据热力学原理，反应在高温、高压条件下通常可以获得更高的产率。
但过高的温度和压力可能导致能量消耗过大和设备成本增加。
因此，通过平衡反应物和生成物的浓度，可以在经济效益和能源效率之间找到一个平衡点。
3. 链式反应中的应用链式反应是一类重要的化学反应，其中反应不仅限于反应物和生成物之间的直接转化，还包括中间产物和反应活性物种之间的反应。
化学平衡原理在链式反应中有广泛应用。
3.1 自由基反应的控制自由基反应是一类链式反应，其中自由基是反应的中间产物和活性物种。
化学平衡原理可以帮助理解和控制自由基反应中的路径选择和产物分布。
通过平衡自由基的生成和消耗，可以调节反应的速率和选择性。
3.2 聚合反应的控制聚合反应是一类链式反应，其中高分子化合物通过不断添加单体来生长。
化学平衡原理可以帮助理解和控制聚合反应中聚合度和分子量的分布。
通过平衡聚合反应中单体的浓度和高分子的生成速率，可以调节分子量的分布和聚合度的控制。
4. 生物化学中的应用生物化学是研究生物体内化学反应和代谢过程的学科，化学平衡原理在生物化学中有着广泛的应用。
化学平衡的原理及应用
化学平衡的原理及应用化学平衡是指在化学反应中，反应物转化为生成物的速度与生成物转化为反应物的速度相等的状态。
在化学平衡中，反应物和生成物的浓度保持稳定，不再发生明显的变化。
化学平衡的原理是通过达到平衡态来维持系统的稳定，并且可应用于多种实际场景。
1. 原理化学平衡的原理基于达到最低自由能的原则。
在反应初期，反应物浓度较高，反应速率较快，但随着反应进行，反应物的浓度逐渐降低，而生成物的浓度逐渐增加，由此使得反应速率逐渐降低。
当到达一定时间点时，反应速率变为零，此时系统达到平衡状态。
在化学平衡过程中，反应物和生成物之间的化学反应仍在进行，但反应的前进速率和后退速率相等，这种平衡状态维持了一种稳定的态势。
化学平衡是一个动态过程，虽然反应看起来停滞不前，但实际上反应物和生成物持续发生着变化。
2. 应用化学平衡在实际中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：2.1 工业生产化学平衡的原理在工业领域中具有重要意义。
工业生产中，通过控制反应物和生成物的浓度，温度、压力等因素来调节反应速率，从而实现理想的生产效果。
例如，在氨的工业生产过程中，通过控制氮气和氢气的浓度、温度和压力等参数，使其达到平衡状态，从而以最高效率产生氨。
2.2 酸碱平衡酸碱反应中，通过控制酸和碱溶液中氢离子和氢氧根离子的浓度，可以使体系达到酸碱平衡。
例如，当我们加入强酸或强碱到酸碱指示剂中时，颜色会发生变化，这是因为酸碱中的氢离子和氢氧根离子的浓度发生了变化，从而改变了平衡态。
2.3 医药领域在医药领域中，化学平衡原理的应用也十分重要。
例如，药物的吸收、分解和排泄等都需要在体内维持一种平衡状态。
通过调控药物的给药剂量和给药时间，可以使药物浓度在体内保持稳定，从而实现治疗的效果。
2.4 生态系统化学平衡原理在生态学领域中也有着一定的应用。
生态系统中的生物体与环境之间有着复杂的物质交换过程，这些过程往往是通过化学平衡来实现的。
例如，植物通过光合作用吸收二氧化碳、释放氧气，维持大气中的气体成分平衡。
高考化学专题突破6化学平衡原理在化工生产中的应用
[典题例证] [例] (2019·全国卷Ⅲ，28(3))近年来，随着聚酯工业的快速发展， 氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢 转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题： Deacon 发 明 的 直 接 氧 化 法 为 ： 4HCl(g) ＋ O2(g)===2Cl2(g) ＋ 2H2O(g)。在一定温度的条件下，进一步提高 HCl 的转化率的方法是 __________________。(写出 2 种)
第七章 化学反应速率和化学平衡
在恒压 CO2 和 H2 的起始量一定的条件下，CO2 平衡转化率和平 衡时 CH3OCH3 的选择性随温度的变化见题图。其中：
CH3OCH3 的选择性＝2×反C应H的3OCCOH2的3的物物质质的的量量×100% ①温度高于 300℃，CO2 平衡转化率随温度升高而上升的原因是 ___________________________。 ②220℃时，在催化剂作用下 CO2 与 H2 反应一段时间后，测得 CH3OCH3 的选择性为 48%(图中 A 点)。不改变反应时间和温度，一 定能提高 CH3OCH3 选择性的措施有____________________。
第七章 化学反应速率和化学平衡
解析：①根据反应方程式，反应Ⅰ为吸热反应，升高温度，平 衡向正反应方向移动，CO2 的转化率增大，反应Ⅱ为放热反应，升 高温度，平衡向逆反应方向进行，CO2 的转化率降低，根据图像， 上升幅度超过下降幅度，因此温度超过 300℃时，CO2 转化率上升； ②依据 CH3OCH3 选择性公式，提高 CH3OCH3 选择性，化学平衡向 正反应方向进行，根据反应Ⅱ，可以增大压强，或者使用对反应Ⅱ 催化活性更高的催化剂。
2023版三维设计高中化学总复习核心素养测评(二十三) 化学平衡状态 化学平衡的移动
核心素养测评(二十三) 化学平衡状态化学平衡的移动一、选择题：本题包括12个小题，每小题仅有1个选项符合题意。
1．在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳在恒容密闭容器中发生下列反应：Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，不可用上述反应中某种物理量来说明该反应已达到平衡状态的是()A．CO的生成速率与CO2的生成速率相等B．气体密度不再变化C．CO的质量不变D．体系的压强不再发生变化解析：D A项，CO的生成速率为逆反应速率，CO2的生成速率为正反应速率，且CO、CO2的化学计量数相等，则当v正(CO2)＝v逆(CO)时，达到化学平衡；B项，ρ＝mV，当m(气体)不变时，反应即达到平衡；C项，m(CO)不变，则n(CO)不变，反应达到平衡；D 项，该反应是气体体积不变的反应，反应任意时刻，体系的压强均相同，所以压强不变不能作为反应达到平衡的标志。
2．下列事实不能用平衡移动原理解释的是()A.开启啤酒瓶后，瓶中马上泛起大量泡沫B.由H2(g)、I2(g)、HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深C.实验室制取乙酸乙酯时，将乙酸乙酯不断蒸出D.石灰岩受地下水长期溶蚀形成溶洞解析：B啤酒中存在平衡：H2CO3H2O＋CO2，开启啤酒瓶，瓶内压强降低，平衡向气体体积增大的方向移动，即向生成二氧化碳气体的方向移动，故能用平衡移动原理解释，A不选；反应H2＋I22HI是一个反应前后气体分子数不变的反应，压强改变并不能使平衡发生移动，混合气体加压后颜色变深，是因为I2的浓度增大，不能用平衡移动原理解释，B选；实验室制取乙酸乙酯时，采用加热的方式将乙酸乙酯不断蒸出，从而使平衡向生成乙酸乙酯的方向移动，能用平衡移动原理解释，C不选；石灰岩溶蚀发生反应：CaCO3＋CO2＋H2O Ca(HCO3)2，能用平衡移动原理解释，D不选。
3．如图所示，三个烧瓶中分别充满NO2气体并分别放置在盛有下列物质的烧杯(烧杯内有水)中：在(1)中加入CaO ，在(2)中不加其他任何物质，在(3)中加入NH 4Cl 晶体，发现(1)中红棕色变深，(3)中红棕色变浅。
化学平衡原理及其应用
化学平衡原理及其应用化学平衡是指在一个化学反应中，当反应物和产物的浓度达到某一定值时，反应前后化学物质的总质量和总能量不发生变化的状态。
这种状态被称为化学平衡。
化学平衡常常涉及到反应物和产物之间的动态平衡，其中活性物质不断进行反应，直到反应物和产物的浓度达到动态平衡。
在这种情况下，反应速率不再改变，反应物和产物之间的摩尔分数也不再发生变化。
化学平衡原理是非常重要的化学原理，它帮助我们理解反应物和产物之间的平衡状态，并解释了为什么化学反应的方向和速率会受到环境因素的影响。
在此基础上，我们可以应用化学平衡原理来解决许多实际问题。
化学平衡与反应的方向在化学平衡中，反应物和产物之间的平衡态可能是向左或向右的。
如果反应物的浓度高于产物，化学反应将前进向产物方向，而如果产物的浓度高于反应物，则化学反应将前进向反应物方向。
这个过程被称为化学平衡反应的方向性。
化学平衡的方向性受到多种因素的影响。
其中包括温度、压力和废气含量。
通过调整这些环境因素，我们可以改变反应的方向和速率。
例如，当在低温下进行催化反应时，可以通过加热来增加反应速率。
相反，当在高温下进行反应时，可以通过降温来减缓反应速率。
化学平衡和催化反应催化反应是一种利用催化剂促进反应速率的方法。
催化剂是一种可以降低反应活化能的物质，从而使反应速率提高的物质。
催化反应常常涉及到化学平衡，因为催化反应往往是在化学平衡的条件下进行的。
在化学平衡中，反应速率通常很慢，而催化剂可以通过降低反应活化能来加速反应速率。
通过改变催化剂的浓度和反应物的浓度，我们可以控制反应的方向和速率。
例如，在生产甲醇的反应中，可以通过使用催化剂来提高反应速率并将反应物转化为产物。
化学平衡和溶解度平衡溶解度平衡是指在特定环境下，溶解度和晶体的溶解度之间达到平衡的状态。
溶解度平衡可以应用于化学平衡，以解释溶液中溶解物的浓度和溶解过程中的活度。
在一些化学反应中，溶解度平衡也可以用于控制反应速率和方向。
化学平衡原理的应用
化学平衡原理的应用
化学平衡原理是指在化学反应中，反应物与生成物之间的物质浓度或者分压在一定条件下达到稳定状态的现象。
根据化学平衡原理，当一个化学体系从初始状态经过一系列反应达到一个平衡状态时，该平衡状态的各组分的浓度或者分压会保持不变。
化学平衡原理在许多实际应用中起到了重要作用。
下面将介绍其中几个常见的应用领域。
1. 酸碱中和反应：酸碱反应是化学平衡原理的一个常见应用。
在酸碱反应中，当酸与碱反应时，生成的盐和水会达到平衡状态。
根据化学平衡原理，当酸和碱的浓度或者分压达到平衡时，反应停止，生成物的浓度将保持稳定。
2. 溶解度平衡：溶解度平衡是指溶质在溶剂中的溶解度达到稳定状态的现象。
根据化学平衡原理，当溶质的溶解度达到平衡时，溶质的浓度将保持不变。
这一原理被广泛应用于化学实验室中，用于测定物质的溶解度以及从矿石中提取金属等。
3. 气相平衡：在气相平衡中，当气体之间发生反应时，反应物与生成物的分压会达到平衡。
这一原理被应用于工业生产中的化学反应，例如合成氨、硫酸等过程中的平衡控制。
4. 温度和压力的调节：根据化学平衡原理，改变温度和压力可以改变化学反应平衡位置。
通过调节温度和压力，可以控制反应物与生成物的浓度或者分压，进而影响化学反应的平衡位置。
这一原理被广泛应用于化工生产中的反应控制。
总之，化学平衡原理在许多化学反应和化学体系中都有重要的应用价值。
通过理解和应用平衡原理，可以更好地理解化学反应的本质，并且为实验和工业生产中的化学反应提供指导。
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核心素养提升○
25化学平衡移动原理在化工生产中的广泛
应用[科学精神与社会责任]
素养说明：化学平衡在化工生产中有非常重要的应用，尤其是控制合适的反应条件使平衡向着理想的方向移动，是近几年高频考点，充分体现了学以致用的原则。
1.总体原则
(1)化工生产适宜条件选择的一般原则
条件原则
从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注
意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而
降低生产成本
从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分
析
注意催化剂的活性对温度的限制
(2)平衡类问题需考虑的几个方面
①原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。
②原料的循环利用。
③产物的污染处理。
④产物的酸碱性对反应的影响。
⑤气体产物的压强对平衡造成的影响。
⑥改变外界条件对多平衡体系的影响。
2.典型实例——工业合成氨
(1)反应原理
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。
(3)反应条件的选择
反应条件对化学反应
速率的影响
对平衡混合物中
氨含量的影响
合成氨条件的选择
增大压强增大反应速
率
平衡正向移动，
提高平衡混合物
中氨的含量
压强增大，有利于氨的合成，但
需要动力大，对材料、设备的要
求高。
故采用10～30 MPa的高压
升高温度增大反应速
率
平衡逆向移动，
降低平衡混合物
中氨的含量
温度要适宜，既要保证反应有较
快的速率，又要使反应物的转化
率不能太低。
故采用400～500 ℃
左右的温度，并且在该温度下催
化剂的活性最大
使用催化
剂增大反应速
率
没有影响工业上一般选用铁触媒作催化剂
(4)原料气的充分利用
合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法可提高原料的利用率。
[题型专练]
1.某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g)ΔH＜0。
下列有关该工业生产的说法中正确的是()
A.这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行
B.若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率
C.工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D.工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率
解析这是一个放热的熵减反应，只有当ΔH－TΔS＜0时，该反应才能自发进行，A错误；加入过量的B，可以提高A的转化率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，C错误；使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高反应物的转化率，D错误。
答案 B
2.(天津高考)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：
N2 (g)＋3H2 (g)2NH3(g)ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
一种工业合成氨的简易流程图如下：
(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。
一定条件下向NH4HS 溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：________________________________________________________________。
(2)步骤Ⅱ中制氢气原理如下：
①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2 kJ· mol－1
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是________。
a.升高温度
b.增大水蒸气浓度
c.加入催化剂
d.降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。
若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。
(3)图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。
根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________。
(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。
(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。
简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：______________ _________________________________________________________________。
解析 (1)依据题意，NH 4HS 被空气中氧气氧化，将－2价S 元素氧化成S ，同时生成一水合氨，其反应方程式为2NH 4HS ＋O 2=====一定条件
2NH 3·H 2O ＋2S ↓。
(2)结合反应特点，正反应方向是气体物质的量增大的吸热反应，若要加快反应速率又增加H 2的百分含量，可升高温度，a 项正确；增加水蒸气浓度，能加快反应速率，使平衡正向移动，但H 2增加的量没有水蒸气增加的量多，H 2的百分含量减少，b 项错误；加入催化剂平衡不移动，H 2的百分含量不变，c 项错误；降低压强反应速率减慢，d 项错误。
根据“三段式”法有： CO(g)＋H 2O(g)
CO 2(g)＋H 2(g)
开始(mol) 0.2 0 0.8 转化(mol) x x x 一定时间(mol) 0.2－x x 0.8＋x
则0.2－x ＋x ＋0.8＋x ＝1.18，解得x ＝0.18，故CO 转化率为0.18 mol
0.2 mol ×100%＝90%。
(3)根据“三段式”法有 N 2 ＋ 3H 2
2NH 3
开始(mol) 1 3 0 转化(mol) x 3x 2x 平衡(mol) 1－x 3－3x 2x 2x 4－2x
×100%＝42%，解之，x ＝42
71，
所以N 2的平衡体积分数
1－4271
4－2×4271
×100%＝14.5%。
(4)由于N 2(g)＋3H 2(g)
2NH 3(g) ΔH <0，反应开始时，温度大于零，随着
反应进行，达到平衡前NH 3的物质的量增加，达到平衡后，温度升高，平衡逆向移动，NH 3的物质的量将减少，图示见答案。
(5)根据流程图可知，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是Ⅳ(热交换)，用合成氨放出热量对N 2和H 2进行预热。
合成氨的正反应是气体物质的量减少的放热反应，为提高合成氨原料总转化率，又不降低反应速率，可采取对原料加压、分离液氨，使化学平衡正向移动，同时对未反应的N
2、H 2循环使用，提高原料转化率。
答案 (1)2NH 4HS ＋O 2=====一定条件
2NH 3·H 2O ＋2S ↓ (2)a 90% (3)14.5% (4)
(5)Ⅳ 对原料气加压，分离液氨，未反应的N 2、H 2循环使用。