化学平衡移动

(1)定义

可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(或浓度、温度、压强等)发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之改变，从而在一段时间后达到新的平衡状态。这种由旧平衡向新平衡的变化过程，叫做化学平衡的移动。

(2)化学平衡移动原理(勒夏特列原理)

①概念：如果改变影响化学平衡的条件(浓度、压强、温度等)之一，平衡将向着减弱这种改变的方向移动。

②影响化学平衡的因素

③浓度、压强和温度对平衡移动影响的特殊情况

A.改变固体或纯液体的量，对平衡无影响。

B.当反应混合物中不存在气态物质时，压强的改变对平衡无影响。

C.对于反应前后气体体积无变化的反应，如H₂(g)＋I₂(g)$\rightleftharpoons$2HI(g)，压强的改变对平衡无影响。但增大(或减小)压强会使各物质的浓度增大(或减小)，混合气体的颜色变深(或浅)。

(3)“惰性气体”对化学平衡的影响

化学平衡移动原理在化工生产中的应用

1．总体原则

(1)化工生产适宜条件选择的一般原则

(2)平衡类问题需考虑的几个方面

①原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。

②原料的循环利用。

③产物的污染处理。

④产物的酸碱性对反应的影响。

⑤气体产物的压强对平衡造成的影响。

⑥改变外界条件对多平衡体系的影响。

2．典型实例——工业合成氨

(1)反应原理 N₂(g)＋3H₂(g)⇌2NH₃(g)ΔH＝－92.4 kJ·mol^－1

(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。

(3)反应条件的选择

(4)原料气的充分利用

合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法可提高原料的利用率。

化学反应进行的方向

1．自发过程

(1)含义：在一定条件下，不需要借助外力作用就能自动进行的过程。

(2)特点：

①体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。

②在密闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。

2．自发反应

在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应。

3.掌握3个判据

(1)熵：衡量体系混乱程度的物理量，符号为S，单位为J·mol^－1·K^－1。

(2)熵的大小：同种物质，由固态→液态→气态是一个熵增的过程，即S(g)>S(l)>S(s)。

(3)在温度、压强一定的条件下，化学反应进行的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，因此，把焓变和熵变判据结合起来组成的复合判据即自由能变化ΔG，更适合于所有过程的判断。ΔG＝ΔH－TΔS(T为开尔文温度)，ΔG的正、负决定着反应的自发与否。

(4)能自发进行的反应不一定能实际发生，因为化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。

化学平衡图像

1.速率—压强(或温度)图像



曲线的意义是外界条件(如温度、压强等)对正、逆反应速率影响的变化趋势及变化幅度。图中交点A是平衡状态，压强增大，正反应速率增大得快，平衡正向移动。

2.转化率(或百分含量)—时间—温度(或压强)图像

已知不同温度或压强下，反应物的转化率α(或百分含量)与时间的关系曲线，推断温度的高低及反应的热效应或压强的大小及气体物质间的化学计量数的关系。[以A(g)＋B(g)⇌C(g)中反应物的转化率α_A为例说明]

解答这类图像题时应注意以下两点：

(1)“先拐先平，数值大”原则

分析反应由开始(起始物质相同时)达到平衡所用时间的长短可推知反应条件的变化。

①若为温度变化引起，温度较高时，反应达平衡所需时间短。如甲中T₂＞T₁。

②若为压强变化引起，压强较大时，反应达平衡所需时间短。如乙中p₁＞p₂。

③若为是否使用催化剂，使用适宜催化剂时，反应达平衡所需时间短。如图丙中a使用催化剂。

(2)正确掌握图像中反应规律的判断方法

①图甲中，T₂>T₁，升高温度，α_A降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应。

②图乙中，p₁>p₂，增大压强，α_A升高，平衡正向移动，则正反应为气体体积缩小的反应。

③若纵坐标表示A的百分含量，则甲中正反应为吸热反应，乙中正反应为气体体积增大的反应。

（3）解化学图像题的“三个步骤”

3.恒温线(或恒压线)图像

已知不同温度下的转化率－压强图像或不同压强下的转化率－温度图像，推断反应的热效应或反应前后气体物质间化学计量数的关系。[以反应A(g)＋B(g)―→C(g)中反应物的转化率α_A为例说明]

解答这类图像题时应注意以下两点：

(1)“定一议二”原则：可通过分析相同温度下不同压强时反应物A的转化率大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应方程式中反应物与产物气体物质间的化学计量数的大小关系。如甲中任取一条温度曲线研究，压强增大，α_A增大，平衡正向移动，正反应为气体体积减小的反应，乙中任取横坐标一点作横坐标垂直线，也能得出结论。

(2)通过分析相同压强下不同温度时反应物A的转化率的大小来判断平衡移动的方向，从而确定反应的热效应。如利用上述分析方法，在甲中作垂直线，乙中任取一曲线，即能分析出正反应为放热反应。