发现之旅 |
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当我们把果汁晶体放到水中溶解的时候,我们会发现,加入一定量的果汁晶体后,果汁晶体就不再溶解,而沉淀在杯底。此时杯中的果汁溶液为饱和溶液。 |
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果汁溶于水的时候,果汁分子扩散到水中,同时水中的果汁分子也聚集成晶体,当这两个反应过程的速率相等时,溶液达到饱和。此时我们说达到溶解平衡状态,而在这个状态之下,溶解和结晶的过程并没有停止,只是速率相等。所以溶解平衡是一种动态平衡。 |
在化学的可逆反应中,当正反应和逆反应速率相等时,也可以达到一个化学平衡状态。化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里,正反应和逆反应的速率相等,反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 |
深入思考 |
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化学平衡只有在一定的条件下才能保持,当一个可逆反应达到化学平衡状态后,如果改变反应发生的条件,那么达到平衡的反应混合物里各组分的浓度也会随着改变,而达到新的平衡。
在转化率不高的化学反应中,如果改变反应条件,破坏旧的化学平衡,建立新的化学平衡,从而达到提高产量的目的。这就是研究化学平衡的目的。可是化学平衡受哪些因素的影响呢?
下面我们以FeCl3和KSCN的反应为例,来做一个实验: |
反应方程式: |
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上述试剂瓶中的溶液分别为:0.01mol/L的FeCl3、0.01mol/L的KSCN、1mol/L的KSCN、1mol/L的FeCl3。 |
取一定量的0.01mol/L的KSCN溶液和0.01mol/L的FeCl3溶液于烧杯中,搅拌后倒入三支试管中。观察试管中溶液的颜色。此时,反应处于平衡状态。 |
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向第一支试管中加入1mol/L的KSCN溶液,向第二支试管中加入1mol/L的FeCl3溶液。观察三支试管的颜色。注意:两次加入的两种溶液的浓度不一样! |
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从实验中可以看到,加入1mol/L的KSCN溶液和1mol/L的FeCl3溶液的两支试管,颜色都变深了。也因此说明了:无论增大任何一种反应物的浓度,都能使反应平衡向正反应方向移动,生成更多的Fe(SCN)3。
同时研究表明,在达到平衡的反应里,减小任何一种生成物的浓度,平衡会向正反应方向移动;减小任何一种反应物的浓度,平衡会向逆反应方向移动。
综上所述,我们可以得出这样的结论: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,都可以使化学平衡能够向正反应的方向移动;增大生成物的浓度或减小反应物的浓度,都可以使化学平衡向逆反应方向移动。 |
学有所用 |
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化学平衡小结 |
从定义入手,平衡状态强调两方面:各组分的百分含量保持不变;正反应速率等于逆反应速率。所以我们也可以从两方面来看:
例如:对于反应A2(g)+B2(g)===2AB(g)
若说不变,则是指含量,或能表明含量的叙述。可以是A2、B2、AB的体积分数、物质的量分数、质量分数以及分子数之比不变,A2、B2的转化率不变、体系的温度不变、体系的颜色不变;对于反应前后体积发生变化的反应,还可以是体系平均相对分子质量、压强、总物质的量,密度等不变。
若说相等,则是指正逆反应速率相等。例如:生成AB的速率与AB分解的速率相等;单位时间内,A2反应掉的分子数与生成A2的分子数相等。
有些叙述肯定不对,如:生成B2的速率与反应掉B2的速率相等;反应掉A2的速率与反应掉B2的相等;A2的浓度与B2的浓度相等;B2与AB的体积分数相等;A2与B2的转化率相等。 |
沙场练兵 |
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1.能够充分说明在恒温恒容下的密闭容器中,反应已达平衡状态的标志是( )
A. 容器中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2:1:2
B. SO2和SO3的物质的量浓度相等
C. 反应容器内压强不随时间变化而变化
D. 单位时间内生成2molSO3时,即生成1molO2
答案:C、D
解析:由于题目中没有给出各物质的起始量,也没有给出反应的具体条件,所以无法知道容器中SO2、O2、SO3的物质的量之比为2:1:2时,及SO2、SO3的物质的量浓度相等时反应是否达到平衡,也就是说无法知道达到平衡后,SO2和SO3的物质的量浓度上否相等。所以A、B选项不能选为答案。由于此反应是气体非等体积反应,在恒温恒容下,压强不变,说明各物质的浓度不变,故C选项正确。由于单位时间内生成2molSO3 时,即消耗了1molO2 ,此时又生成1molO2 ,即意味着正反应速率等于逆反应速率,所以D选项也正确。
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2.在一定温度下,一个容积不变的容器中,可逆反应A(g)+3B(g) ==== 2C(g)达到平衡的标志是( )
A.C的生成速率与C的分解速率相等
B.A、B、C浓度之比为1:3:2
C.B、C反应速率之比为3:2
D.混合气体密度不随时间改变而改变
答案:A
解析:首先应该明确可逆反应达到平衡状态的微观本质为某一物质的正反应速率和逆反应速率达到相等,宏观标志为反应混合物中各组分的百分含量不变。
A项符合可逆反应达到平衡的微观本质。B选项中只有当A、B、C三者特点投料时,浓度之比方可为1:3:2,B不正确。C项中B、C反应速率未指明反应方向,故不正确。D项中由于容器容积不变,气体总质量不变,故气体密度不可能改变,与化学平衡状态无关。
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3.在一个固定体积的密闭容器中,加入2molA和1molB发生反应:达到平衡时,C的浓度为amol/L。若维持容器体体积和温度不变,按下列四种配比为起始物质,达到平衡后,C的浓度仍为amol/L的是( )
A.4molA+2molB
B.2molA+1molB+3mol+1molD
C.3molC+1molD+1molB
D.3molC+1molD
答案:D
解析:应该明确要建立相同平衡状态,可以完全从反应物开始,也可以完全从生成物开始,还可以从既有反应物又有生成物开始,应分别讨论。
若只从反应物开始,必须是2molA和1molB;若反应只从生成物开始,必须是3molC和1molD;若反应既从反应物又从生成物开始,可根据方程式,让反应物全部转化为生成物,看能否转化为3molC和1molD。或让生成物全部转化为反应物看能否转化为2molA和1molB。若能,原说法符合题意。
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4.对于可逆反应,反应过程中,其他条件不变时,D%与温度T或压强P关系如下图所示,下列叙述正确的是( )
A.降温化学平衡向正反应方向移动
B.使用催化剂,D%将增加
C.化学方程式系数:m<p+q
D.B的颗粒越小,反应速率越大,有利于平衡向正反应方向移动
答案:A、C
解析:从图达到平衡的快慢分析出T2>T1 ,所以分析该反应正向为放热反应;
从上图分析达到平衡时的快慢 P2>P1,所以该反应的正向为体积变大反应.
即 C是正确选项。
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5.下图中纵轴是气体生成物在平衡体系中的质量分数,横轴表示温度,则图中曲线反表示的反应是下列哪一个( )
答案:B
解析: 图中反映出温度、压强两因素对平衡体系中生成物百分含量的影响:温度升高.生成物的百分含量增大,即平衡正向移动;压强增大,生成物含量不变,即平衡不移动,在同一曲线上。
由于开高温度,平衡向正方向移动,则正反应是吸热反应,所以A、B有可能,C、D则不符合题意。
又因压强不影响平衡,则该反应中反应物和生成物的气体分子效应相等.所以A又不符合,正确答案是B。
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6.可逆反应:(正反应为吸热反应),随着温度升高,气体平均相对分子质量有变小趋势, 则下列判断正确的是( )
A.B和C可能都是固体
B.B和C一定都是气体
C.若C为固体,则B一定是气体
D.B和C可能都是气体
答案:C、D
解析:本题考查平衡移动知识,重在考查分析问题、解决问题的能力.根据题干条件可对各选项逐一分析。选项A中,如果B和C都是固体,则无论平衡怎样移动,反应混合物中的气体只有A一种,A的相对分子质量不随温度升高而改变,所以气体的平均相对分子质量不随温度升高而改变,因此选项A不符合题意.选项C中,当C为固体,B为气体时,该反应为反应前后气体分子数不变的反应.由于温度升高平衡向吸热反应方向移动。有更多的固体C生成,使反应混合物中气体的总质量相应减小,而气体分子数保持不变,所以气体平均相对分子质量也相应变小 ,若C为固体,而B为非气体时,则反应混合物中的气体只有A,这与选项A情况相同,不符合题意要求,所以只有当C为固体时,B必为气体,才符合回意要求,选项C符合题意.既然选项C符合题意要求,则选项B一定不符合或意要求。选项D中,如果B和C都是气体,则正反应方向是气体分子数增大的方向,由于升温平衡向正反应方向移动,反应混合物中气体分子数相应增大,而反应混合物的总质量保持不变(反应物和生成物全部为气体)。所以气体平均相对分子质量变小.选项D符合题意。
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