化学平衡移动中反应物转化率的变化

化学平衡移动中反应物转化率的变化

关键词:化学平衡;反应物;变化

作者简介:牛娟娟,任教于陕西省渭南市铁路自立中学。

化学平衡的教学是高中化学原理概念中的一大难点,也是重点,并且该内容在必修、选修中都有涉及,如何把握在两个模块中的深度和广度?对于一些难点应当如何处理?对于一些重点应当如何挖掘?是每位教师都在极力探讨的一个问题。

由于受高中教材深度、广度的限制,这一部分知识不仅抽象而且表述也非常模糊。在教学实践中,对于一些模棱两可的问题教师往往都是凭经验处理。笔者在查阅大量资料的基础上,结合相关例证,谈一谈自己的看法,并藉此抛砖引玉。

化学平衡是有条件的动态平衡,当影响化学平衡的条件改变时,原来的平衡被破坏,进而在新的条件下逐渐建立新的平衡,这个原平衡向新平衡的转变就叫做化学平衡的移动。

化学平衡移动中反应物的转化率是增大还是减小,一直是高中化学平衡部分教学的难点,也是学生解题中感到困惑的问题,笔者现根据多年教学的积累,就外界条件改变反应物的转化率是如何变化的做以下总结。

化学教材中关于化学平衡移动原理的介绍是分为两部分的。第一部分为化学平衡的建立;另一部分是化学平衡常数。其中,前者是很重要的,也有一定的难度。但是教材精心设置知识台阶,采用图画和联想等方法,帮助学生建立化学平衡的观点。

如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。勒夏特列原理是指在一个平衡体系中,若改变影响平衡的一个条件,平衡总是要向能够减弱这种改变的方向移动。比如在一个可逆反应中,当增加反应物的浓度时,平衡要向正反应方向移动,平衡的移动使得增加的反应物浓度又会逐步减少;但这种减弱不可能消除增加反应物浓度对这种反应物本身的影响,与旧的平衡体系中这种反应物的浓度相比而言,还是增加了。在有气体参加或生成的可逆反应中,当增加压强时,平衡总是向体积缩小的方向移动,比如在N2+3H22NH3这个可逆反应中,达到一个平衡后,对这个体系进行加压,比如压强增加为原来的两倍,这时旧的平衡要被打破,平衡向体积缩小的方向移动,即在本反应中向正反应方向移动,建立新的平衡时,增加的压强即被减弱,不再是原平衡的两倍,但这种增加的压强不可能完全被消除,也不是与原平衡相同,而是处于这两者之间。

一、温度改变,对反应物转化率的影响

转化率:在一定条件下,可逆反应达化学平衡状态时,某一反应物消耗量占该反应物起始量的质量分数,叫该反应物的转化率。

任何反应都伴随着能量的变化,通常表现为放热或吸热,所以温度对化学平衡移动也有影响。

改变温度,若平衡向正方向移动,反应物的转化率增大;若平衡向逆方向移动,反应物的转化率减小。

1.对于焓增加反应,即吸热反应(△H>0),升高温度,平衡向右移动;降低温度,平衡向左移动;

2.对于焓减小反应,即放热反应(△H<0),升高温度,平衡向左移动;降低温度,平衡向右移动;

(在改变温度情况下,平衡右移,反应物转化率提高,生成物转化率降低;左移则反之。)

这是因为在升温时,吸热反应比放热反应速率增加得快,降温时吸热反应比放热反应速率减小的多的缘故。

二、压强改变,对反应物转化率的影响

改变压强,若平衡向正方向移动,反应物的转化率增大;若平衡向逆方向移动,反应物的转化率减小。

例:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

此反应前后气体的体积(即物质的量)有改变,若减小容积,即加压,平衡向正方向移动,反应物N2和H2的转化率增大;若增大容积,即减压,平衡向逆方向移动,反应物N2和H2的转化率减小;若在恒温恒容下充入惰性气体,即压强增大,但对于N2,H2和NH3来说浓度没有改变,所以速率不变,平衡不移动,反应物的转化率也不变化。

例:H2(g)+I2(g)2HI(g)

此反应前后气体的体积(即物质的量)没有改变,无论是增大容积(减压)还是减小容积(增压),I2,H2和HI的浓度变化相同,速率变化也相同,平衡不移动,反应物I2,H2的转化率不变;若在恒温恒容下充入惰性气体,即压强增大,但对于I2,H2和HI来说浓度没有改变,所以速率不变,平衡不移动,反应物的转化率也不变化。

在其他条件不变的情况下,增大反应物的浓度或减小生成物的浓度,都可以使化学平衡向正反应方向移动;增大生成物浓度或减小反应物浓度,平衡向逆反应方向移动。

三、加入反应物,对反应物转化率的影响

在恒温恒容下:

1.若只有一种反应物时,加入反应物,相当加压;减小反应物,相当减压,平衡的移动依据勒夏特列原理分析即可。

例:aA(g)bB(g)+dD(g)

在恒容下,加入A,开始平衡向正方向移动,但达到的新平衡点与原平衡点比较:

若a=b+d,新平衡与原平衡等效,A的转化率不变。

若a>b+d,新平衡向正方向移动,A的转化率增大。

若a<b+d,新平衡向逆方向移动,A的转化率减小。

2.若反应物有多种时

例:mA(g)+Nb(g)pC(g)+qD(g)

(1)若增大A的量,平衡向正方向移动,B的转化率增大,A的转化率减小;若增大B的量,平衡向正方向移动,A的转化率增大,B的转化率减小。

(2)若按原比例同倍数增加A和B的量,相当在加压,

若m+n=p+q时,新平衡与原平衡等效,A和B的转化率不变。

若m+n>p+q时,新平衡向正方向移动,A和B的转化率增大。

若m+n<p+q时,新平衡向逆方向移动,A和B的转化率减小。

(3)若A和B的量不按原比例加入,分析何者增大倍数较大,则相当单独加入了这一物质,同a分析即可。

例:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

原充入量1mol4mol达平衡后

又加入1mol1mol

增加倍数1倍1/4倍

经分析相当只加入了N2,则H2的转化率上升,N2的转化率降低。

通过不同条件下对反应物转化率的讨论,我们清楚平衡向正方向移动,反应物的转化率不一定升高。

四、化学平衡移动的应用

1.判断物质:由于压强的改变,根据平衡移动的方向,可以判断反应物或者生成物的状态。

2.判断系数:由于压强的改变,根据平衡移动的方向,可以判断方程式中反应物和生成物之间的计量系数的大小关系。

3.判断反应热:由温度的改变,根据平衡移动的方向,可以判断正反应或逆反应是放热还是吸热。

4.判断转化率:根据条件改变对化学平衡的影响,可以判断达到新的平衡时某反应物转化率的提高或降低。

研究化学平衡的目的并不是为了保持平衡状态不变,而是为了利用外部的条件的改变,使化学平衡向有利的方向移动。

关于化学平衡移动原理的应用范围和局限性,学生应明确:

1.平衡移动原理对所有的动态平衡都适用,为以后将要学习的电离平衡、水解平衡作铺垫;

2.平衡移动原理能用来判断平衡移动的方向,但不能用来判断建立新平衡所需要的时间,所以学生在应用原理时应注意原理的适用范围。

参考文献:

[1]魏光,林银钟,陈鸿博.论现代化学定义及其原则宗旨[J].化学通报,1997(7).

[2]经怀德.化学平衡中的哲学原理[J].合肥师范学院学报,2008(6).

作者单位:陕西省渭南市铁路自立中学

邮编:714000

ChangesinPercentConversionofReactantsinShiftofChemicalEquilibrium

NiuJuanjuan

Abstract:Thechangeinpercentconversionofreactantsinshiftofchemicalequilibriumisthedifficultpointinseniorhighschoolchemistryequilibriumteaching.Ifchangingoneconditionofinfluencingequilibrium(suchasthickness,pressureortemperature),equilibriumwillshifttoadirection,whichcanlowerthiskindofchange.

Keywords:chemistryequilibrium;reactants;change

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