化学反应速率与化学平衡 (上)(附答案)

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=b

a d

c B A D C ]

[][][][，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)

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：

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----1．定义：

2．实例：

分析下列实验： 反应式：（T 一定）

2NO 2 N 2O 4＋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

,最终

反应制K

（四）合成氨工业简述 1．原料气的制备、净化 ① 制N 2： 物理方法：空气 液态空气 N 2

化学方法： 空气 CO 2+N 2 N 2

②制H 2：

水蒸气 CO+H 2 CO 2+H 2 H 2

反应方程式为：

C+H 2O （g ）====CO+H 2；CO+H 2O （g ）====CO 2+H 2

注意：制得的N 2、H 2需要净化，清除杂质，以防止催化剂“中毒”。

压缩 蒸发

炭

赤热炭 H 2O

催化剂 （去CO 2）

燃烧 （去CO 2） 催化剂

△

△

2.合成氨反应的特点

化学反应：N 2+3H 2

2NH 3 △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

NH 3的体积百分比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N 2、H 2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77105~102⨯⨯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N 2或H 2的浓度，均可使反应速率增大. 对转化率（α）的影响如下： 当 C N 2 ↗时，则αN 2↘，αH 2↗ 当C H 2↗时，则αH 2↘，αN 2↗

故向循环气中不断补充N 2和H 2 且N 2、H 2可循环使用

② 当降低NH 3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

无实际意义

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）H 2(g) + I 2(g) ==== 2HI(g) （2）2NO 2(g) ==== N 2O 4(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，[I 2]增大，故体系颜色加深。

（2）增大压强，平衡正向移动，[N 2O 4]增大，由于2

242][]

[NO O N K c =，故[NO 2]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：

N 2（气）+3H 2（气） 2NH 3（气）△H=-92.4KJ 。在该温度下，取1 mol N 2和3 mol H 2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 N 2

和3 mol H 2不能完全反应生成2 mol NH 3 ，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 H 2＋I 2（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t A ＞t B . B 平衡时［I 2］A ＝［I 2］B

C 平衡时, I 2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 αA ＝αB

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P a ＞P b . （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∵ P A ＞P B ∴ V A ＞V B ∴ t A ＜t B

根据反应特点，平衡不受压强变化的影响,,A 和B 容器中I 2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,∵P A ＞P B

∴［I 2］A ＞［I 2］B

由于平衡状态相同,当然HI 的平衡分解率相同:αA ＝αB 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 ＋ A ．A 和B