平衡移动与转化率的关系

平衡移动方向与转化率的关系

一.温度和压强对平衡转化率的影响

(一)压强对反应物平衡转化率的影响

1.可逆反应达到平衡后,改变压强,平衡正向移动,反应物的转化率必定增大,反之,平衡逆向移动,反应物的转化率必定减小。

2.充入与反应无关气体,如可逆反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g)(m+n≠p+q)达到平衡后，向密闭容器中充入与反应无关气体,反应物A、B的转化率变化有以下两种情况：

(1)恒温恒容条件下,向平衡体系中充入与反应无关气体,虽然密闭容器的总压增大,但容器的容积不变,与反应有关的各物质浓度均未发生变化,平衡不移动,故反应物A、B转化率不变。

(2)恒温恒压条件下充入与反应无关气体,因容器的压强不变,此时容器容积必然增大,相当于对反应体系减压,平衡向气体体积增大的方向移动,从而可判断出反应物的转化率变化情况,如可逆反应mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g)①m+n>p+q时,A、B的转化率减小。②m+n

(二)温度对反应物平衡转化率的影响

可逆反应达到平衡后,若正反应是吸热反应,升高温度,平衡正向移动,反应物的转化率必定增大,降低温度,平衡逆向移动,反应物的转化率必定减小,若正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动, 反应物的转化率必定减小,降低温度,平衡正向移动,反应物的转化率必定增大。

无论哪种情况,因反应物的初始量未变,改变温度或压强,导致平衡移动就会有更多的反应物转化为生成物或有更多的生成物转化为反应物,其结果转化率增大或减少,即改变温度

或压强,平衡正向移动,转化率必定增大;平衡逆向移动,转化率必定减少。例2NH

3(g)＋CO

2

(g)

≒CO(NH

2)

2

(s)＋H

2

O(g) △H＜0,增大压强时平衡向正反应方向移动,NH

3

和CO

2

的转化率均增

大,减小压强时平衡向逆反应方向移动,NH

3和CO

2

的转化率均减小,升高温度，平衡逆向移

动,NH

3和CO

2

的转化率均减小,降低温度,平衡正向移动,NH

3

和CO

2

的转化率均增大。

二.反应物浓度对平衡转化率的影响

(一)含多种反应物的可逆反应:mA(g)+nB(g)≒pC(g)+qD(g)达到平衡后

1.只增大某一种反应物的浓度,平衡正向移动,该反应物的转化率降低,而其他反应物的转化率则增大(量增大的反应物转化率降低,而其他反应物转化率则升高),如增大A的浓度,平衡必然正向移动,B转化得更多,而B的起始浓度不变,所以B的转化率增加,增加A,A的转化量与A的起始量均增加,但因平衡的移动只能减弱而不能抵消外界条件的改变量,即A

的转化量和起始量相比较,A起始量增加得多些,因此A的转化率反而下降,如N

2+3H

2

≒2NH

3

平衡时增加N

2的浓度,平衡正向移动,H

2

的转化率增大而N

2

的转化率降低。

2.按原比例等倍数增加反应物A、B的浓度。

(1)恒温恒压时,按原比例等倍数增加反应物A和B的浓度, 平衡肯定正向移动，反应物A、B的转化率不变(恒温恒压时按比例等倍数扩大反应物的浓度均与原平衡等效,故同种物质的转化率相等)。

(2)恒温恒容时,按原比例等倍数增大反应物A、B的浓度,平衡肯定正向移动,反应物A、B 的转化率变化情况有以下三种情况(先建立在恒温恒压条件下的等效平衡,得知同种物质的转化率相等,再压缩体积恢复原体积,相当加压,根据平衡移动方向来判断反应物的转化率

变化)。

①m+n>p+q时,反应物A、B的转化率增大,②m+n

时,反应物A、B的转化率不变。如在密闭容器中发生反应:N

2+3H

2

≒2NH

3

按n(N

2

):n(H

2

)=1:3

的比例充入N

2和H

2

,反应达到平衡后,若其它条件不变,再按n(N

2

):n(H

2

)=1:3的比例充入N

2

和H

2,反应重新达到平衡后，N

2

和H

2

的平衡转化率都增大,即反应达到平衡后按物质的量的

比例增大反应物浓度,达到新的化学平衡时,各反应物的转化率均增大,又如4NH 3+5O 2≒4NO+6H 2O 反应达到平衡后按比例增大反应物浓度,达到新的化学平衡时,各反应物的转化率均减小。

例1.相同体积的四个密闭容器中,进行同样的四个可逆反应:2A(g)+B(g)≒3C(g)+2D(g)起

A.A 的转化率为:甲< 丙<乙<丁

B.A 的转化率为:甲<乙< 丙<丁

C.B 的转化率为:甲>乙>丙>丁

D.B 的转化率为:丁>乙>丙>甲 【解析】甲乙相比:n(B)相同n(A)甲﹥n(A)乙,所以A 的转化率:甲﹤乙;B 的转化率:甲﹥乙 乙丁相比:n(A)相同n(B)丁﹥n(B)乙,所以A 的转化率:乙﹤丁;B 的转化率:乙﹥丁 甲丙相比:n(A)相同n(B)丙﹥n(B)甲,所以A 的转化率:丙﹥甲;B 的转化率:丙﹤甲 丙丁相比:n(B)相同n(A)丙﹥n(A)丁,所以A 的转化率:丙﹤丁;B 的转化率:丙﹥丁

乙丙相比:丙容器比乙容器物质的量大,相当于丙中的压强大于乙中的压强,因该反应是一个气体体积增大的反应,所以乙中A 和B 的转化率大于丙中A 和B 的转化率,A 的转化率：丁>乙>丙>甲;B 的转化率:甲>乙>丙>丁,故正确选项为A 、C 。

例2.完全相同的两个容器甲和乙,已知甲中装有SO 2 ,O 2各1克,乙中装有SO 2 O 2各2克,在同一温度下反应,2SO 2(g)+O 2(g)≒2SO 3(g)达平衡时,甲中SO 2的转化率为a%,乙中SO 2的转化率为b%,则（ ）

A a% > b%

B a%< b%

C a%= b%

D 无法判定

【解析】欲得到初始量SO 2和O 2均为2 g 平衡体系，可采取2个步骤：一是把2g SO 2、2g O 2加入体积为原容积两倍的容器中（用下图中的C 表示），建立的平衡的平衡体系中与初始量SO 2和O 2均为1 g 平衡体系中的SO 2的转化率相等：二是把建立的平衡体系体积压缩为下图中的B ，可得答合题意的平衡体系，而加压时，平衡右移，SO 2转化率增大，即SO 2转化率由α％ 增大为b

％。

从图中可以看出Ⅰ和Ⅱ属等效平衡,Ⅱ变到Ⅲ需加压,平衡向正反应方向移动,故a%< b%。 不论是在恒温恒容时还是在恒温恒压时,含多种反应物的可逆反应达到平衡时,不按比例增加或减少各种反应物的用量,解题思路:一般先让增加量或减少量满足原平衡的比例,建立等效平衡,然后把多出来或少的看成是单独再增加或减少的物质,利用问题1的办法来解

A

B

C

决.

例3恒温恒容时,向容器中按1：3的体积比充入N 2、H 2，反应N 2＋3H 2≒2NH 3已达平衡后,如果再按2：3的体积比充入N 2和H 2,达到新平衡时,(1)平衡向什么方向移动? (2) N 2、H 2的转化率比起原平衡转化率是如何变化的？

解析:(1)问由上述规律可知：平衡向正反应方向移动

(2)问可由上图建立平衡，C 态比A 态，H 2、N 2的转化率都提高了；D 态比C 态，H 2的转化率进一步提高，但N 2的转化率却降低了。所以，H 2的转化率：达到新平衡后比原平衡提高了， N 2的转化率：A 与B 态相同，C 态比A 态时N 2的转化率高，但D 态却比C 态低，所以不能定性判断A 态与D 态的相对大小。

例4.(03年全国)某温度下,在容器可变的容器中,反应2A(g)+B(g)≒2C(g)达到平衡时，A 、B 和C 的物质的量分别为4mol 、2mol 和4mol,保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量作如下调整,可使平衡右移的是（ ）

A.均减半

B.均加倍

C.均增加1mol

D.均减小1mol

【解析】本题考查了上述规律中“定温定压”条件下的等效平衡问题,选项A 、B 中均减半、均加倍时,各物质的物质的量的比值不变,三者比例为2:1:2,与题中比例一致,故为等效平衡,平衡不移动。选项C 均增加1mol 时，可把B 物质分成两次增加,即先增加0.5mol,第一次加入1molA 、0.5molB 、1molC,则A 、B 、C 按物质的量5: 2.5:5＝4:2:4，故与已知条件等效,此时平衡不移动,再在此基础上再增加0.5molB,提高反应物B 的浓度,则平衡右移。选项D 中均减少1mol 时,可把B 物质分成两次减少，即先减少0.5mol,将A 减小1mol ，B 减小0.5mol,C 减小1mol,则A 、B 、C 按物质的量3: 1.5:3＝4:2:4,故与已知条件等效，此时平衡不移动,再在此基础上再减少0.5molB,降低反应物B 的浓度,平衡向左移动,故本题应选C 。

由此可以看出，平衡后再充入气体时，若按照原平衡投料物比例同倍数增加反应物的量，改变平衡的条件是压强，即可用压强来判断平衡移动的方向和新、旧平衡时反应物转化率的相对大小。平衡后再充入气体时，与原平衡不成比例增加反应物的浓度，此时改变平衡的条件主要是浓度，即用浓度的变化来判断平衡移动的方向和反应物转化率的变化。 (二)分解反应的反应物浓度对平衡转化率的影响

只含一种反应物的可逆反应(分解反应):mA(g)≒nB(g)+pC(g)达到化学平衡后

(1)恒温恒压时,增大反应物A 的浓度(增大反应物的用量,等效于起始浓度相同),平衡正向移动,反应物A 的转化率不变(因恒温恒压时增大反应物A 的浓度均与原平衡等效,故同种物质的转化率相等)。

(2)恒温恒容时,增大反应物A 的浓度,平衡正向移动,反应物A 的转化率变化有如下三种情况(先建立在恒温恒压条件下的等效平衡,得知同种物质的转化率相等,再压缩体积恢复原体积,相当加压,根据平衡移动方向来判断反应物的转化率变化)。

①若反应前后气体体积不变(m=n+p),增加反应物的浓度时,平衡等效,反应物转化率不变,

D A

C B

如2HI(g)≒H 2(g)+I 2(g),则无论增大或减小HI 的浓度,相当于对体系加压或减压，平衡不移动,HI 的转化率都不改变。

②若反应后气体体积减少(m>n+p),增大反应物浓度,平衡正向移动;增大反应物浓度,相当于对体系加压,反应物转化率变大,如2NO 2(g)≒N 2O 4(g)反应达到平衡后，再向密闭容器中加入NO 2(g),则增大NO 2的浓度,相当于对体系加压,平衡向气体体积缩小的方向移动,即正向移动,在此达到平衡,与原平衡相比,NO 2的转化率增大,NO 2、N 2O 4的物质的量(物质的量浓度)均增大,颜色变深。

③若反应后气体体积增大(m

例5.一定温度下,将a molPCl 5通入一个容积不变的反应器中,达到如下平衡:PCl 5(g)≒ PCl 3(g)+Cl 2(g),测得平衡混合气体压强为p 1,此时再向反应器中通入a molPCl 5,在温度不变的条件下再度达到平衡,测得压强为p 2,请判断PCl 5的转化率是增大还是减小？ 【解析】

平衡C 是两个平衡A 简单的叠加，则平衡A 与平衡C 的PCl 5转化率相等,将平衡C 的体积2V L 压缩到平衡D 的体积V L ，平衡向气体体积缩小的方向移动即逆方向移动，PCl 5转化率减少.

【归纳总结】恒温恒容的容器,当增大某物质的量时,平衡肯定正向移动，转化率不一定增大，在考虑转化率变化时,可将浓度问题转换为压强问题,增大压强,平衡向气体体积缩小的方向移动,最后再确定转化率变化。 三．关于转化率的其他问题归类如下：

1.对同一可逆反应,投料比等于反应物的化学计量数之比,则各反应物的转化率相同。例：N 2(g)＋3H 2(g)≒2NH 3(g),若开始时N 2和H 2分别为1mol 、3mol,不管在什么条件下建立平衡，因为参与反应的N 2和H 2之比亦为它们的计量系数比,故它们的转化率均相同。

2.对同一可逆反应，投料物质的量相同时，各反应物转化率之比等于化学计量数之比。例：N 2(g)＋3H 2(g)≒2NH 3(g),若开始时N 2和H 2均为3mol,建立平衡时,参加反应的N 2和H 2之比为它们的计量数之比,故二者的转化率亦为其化学计量数之比。

3.对同一可逆反应,若只从反应物开始建立平衡或只从生成物开始建立平衡，

且二者互为等

①虚构等效平衡 再加入amolPCl 5，也再加上一个体积

抽

去中间

隔

板

②

③在等效平衡基础上压为一个体积

平衡向气体体积减小方向移动

再 加 入

amol

PCl 5

5) C(与B 与A 均等效) A(VL) B( PCl 5PCl 3+Cl 2

效平衡，则其反应物的转化率与生成物的转化率之和为1。

例6.某温度下,在恒容密闭容器中发生如下反应:2A(g)+ B(g)≒2C(g）,若开始时只充入2mol C气体,达到平衡时,混合气体的压强比起始时增大了20%;若开始时只充入2mol A和1mol B的混合气体,达到平衡时A的转化率为( )

A．20% B. 40% C. 60% D. 80%

解析：由题给信息可用差量法求出生成物C的转化率：

2C（g）≒ 2A（g）+ B（g）△n

2 2 1 1

0.8 2×20%

8.0×100%=40%,若开始时只充入2mol A和1mol B的混合气体建立平衡则C的转化率为:

2

与原平衡为等效平衡,故其转化率为:1-40%=60%.