化学平衡的移动--化学平衡常数讲义

第三节化学平衡的移动化学平衡常数【高考目标定位】

【考纲知识梳理】

【要点名师精解】

一、反应焓变与反应方向

1.反应方向

（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。如氢氧化亚铁的水溶液在空气中被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，其△H（298K）==－444.3kJ·mol—1

（2）部分吸热反应也能自发进行。

如NH4HCO3(s)+CH3COOH(aq)==CH3COONH4(aq)+CO2(g)+H2O(l)，其△H（298K）== +37.30kJ·mol —1。

（3）有一些吸热反应在常温下不能自发进行，在较高温度下则能自发进行。如碳酸钙的分解。

因此，反应焓变不是决定反应能否自发进行的唯一依据。

2.反应熵变

（1）熵：描述大量粒子混乱度的物理量，符号为S，单位J·mol—1·K—1，熵值越大，体系的混乱度越大。

（2）化学反应的熵变

．．（△S）：反应产物的总熵与反应物总熵之差。

（3）反应熵变与反应方向的关系

①多数熵增加的反应在常温常压下均可自发进行。产生气体的反应、气体物质的量增加的反应，熵变都是正值，为熵增加反应。

②有些熵增加的反应在常温下不能自发进行，但在较高温度下则可自发进行。如碳酸钙的分解。

③个别熵减少的反应，在一定条件下也可自发进行。如铝热反应的△S== —133.8 J·mol—1·K—1，在

y

x

—、＋

—、— ＋、＋

＋、—

Ⅰ Ⅱ Ⅲ

Ⅳ

点燃的条件下即可自发进行。

4.焓变和熵变对反应方向的共同影响——“四象限法”判断化学反应的方向。

在二维平面内建立坐标系，第Ⅰ象限的符号为“＋、＋”，第Ⅱ象限的符号为“＋、—”，第Ⅲ象限的符号为“—、—”，第Ⅳ象限的符号为“—、＋”。借肋于数学坐标系四个象限的符号，联系焓变与熵变对反应方向的共同影响，可以从热力学的角度快速判断化学反应的方向。

在温度、压强一定的条件下，化学反应的方向的判据为： △H —T △S ＜0 反应能自发进行 △H —T △S==0反应达到平衡状态 △H —T △S ＞0反应不能自发进行

反应放热和熵增加都有利于反应自发进行。该判据指出的是化学反应自发进行的趋势。

【例1】常温下氢氧化亚铁与空气中的氧气及水有可能发生反应，即：

４Fe(OH)2(s)+2H 2O(l)+O 2(g)==4Fe(OH)3(s)，已知该反应在２９８Ｋ时的△H== —444.3 kJ ·mol —１

，

△S== —２８０.1 J ·mol —

1·K —

1

试问该反应在常温下是否自发进行？ 【解析】

根据△H —Ｔ△S ＝—444.3 kJ ·mol —１

—２９８Ｋ×10－

3×（—２８０.1 kJ ·mol —

1·K —

1）== —360.83

kJ ·mol

—１

＜0，故２９８Ｋ时反应可自发进行。

由于焓变和熵变的作用相反，且二者相差悬殊，焓变对反应的方向起决定性作用，故反应可自发进行。 假定温度达到２０００Ｋ，则△H —Ｔ△S ＝—444.3 kJ ·mol —１

—２０００Ｋ×10－

3×（—２８０.1

kJ ·mol —

1·K —

1）＝１１５.9 kJ ·mol

—１

＞0，反应不能自发行。即高温下反应不能自发进行。

二、反应条件对化学平衡的影响

1.化学平衡移动：一定条件下的可逆反应达到平衡状态以后，反应条件改变，平衡混合物中各组分的

△S ＜0 △H ＞0

所有温度下反应均不能自发进行

△S ＞0

△H ＜0

所有温度下均可自发进行 △S ＞0 △H ＞0

高温下反应自发进行 △S ＜0 △H ＜0

低温下反应自发进行

浓度也随之发生改变而达到新的平衡状态，这种由一个平衡达到新的平衡的过程称为化学平衡移动。

2.反应条件对化学平衡的影响

①改变温度：

升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动。

降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。

②改变浓度：

若Q c＜K c，化学平衡正向（向右）移动。

若Q c＞K c，化学平衡逆向（向左）移动。

③改变压强：

若Q p＜K p，化学平衡正向（向右）移动。

若Q p＞K p，化学平衡逆向（向左）移动。

3.勒夏特列原理：在封闭体系中，如果只改变平衡体系中的一个条件时，平衡将向减弱这个条件改变的方向移动。

【例2】（2010四川理综卷，13）

反应aM(g)+bN(g) cP(g)+dQ(g)达到平衡时。M的体积分数y(M)

与反应条件的关系如图所示。其中：Z表示反应开始时N的物质的量与

M的物质的量之比。下列说法正确的是

A.同温同压Z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分数增加

B.同压同Z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增加

C.同温同Z时，增加压强，平衡时Q的体积分数增加

D.同温同压时，增加Z，平衡时Q的体积分数增加。

答案：B

解析：本题考查了平衡移动原理的应用。A项加入催化剂只能改变反应速率，不会使平衡移动。B项由图像（1）知随着温度的升高M的体积分数降低，说明正反应吸热，所以温度升高平衡正向移动，Q的体积分数增加。C项对比（1）（2）可以看出相同温度条件，压强增大M的体积分数增大，所以正反应是体积缩小的反应，增大压强Q的体积分数减小。D项由C项可以判断D也不对。

三、反应速率与限度理论在化工生产上的应用

1.合成氨的反应原理：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）298K时，△H==9

2.2kJ·mol—1

特点：合成氨是一个气体体积缩小的放热的可逆反应。

2.合成氨适宜条件的选择

（1）选择依据：从提高反应速率的角度分析，提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比；从平衡移动的角度分析，降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨；从实际生产的角度分析，温度和压强要