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高中二~高中三年级 (16-18岁)

高中化学 平衡的移动

向已达平衡的反应中再加入反应物,或者改变压强、温度,平衡就不会停在原处,而是移向新的平衡。 这时平衡朝着减弱所加变化的方向移动,这就是勒夏特列原理:增加反应物,平衡向消耗它的正反应方向移动;增大压强,平衡向气体分子数少的一方移动。 温度不变时,改变浓度或压强,平衡常数 K 都不变;只有改变温度才会改变 K 本身。催化剂不会使平衡移动,只是缩短达到平衡所需的时间。 在图中改变反应物的量和压强,可以确认新平衡的浓度和分子数向哪一方移动。

平衡朝减弱变化的方向移动

💡 打开汽水瓶盖时
①平衡是正反应和逆反应相互抗衡、达到均衡的状态
②从外部施加变化时,体系会朝着稍微减弱这种变化的方向反应,找到新的平衡
③加入反应物,消耗它的正反应占优势;增大压强,减少气体分子数的方向占优势
④打开汽水瓶盖时压强降低,平衡向溶解的 CO₂ 以气体逸出的方向移动,所以冒出气泡
⑤把这种倾向总结起来就是勒夏特列原理

改变浓度时

0 mol/L
浓度变化
[反应物] ↑ → 平衡向正反应方向移动 → 生成物 ↑
平衡向消耗增加的物质、补充减少的物质的方向移动
🔍 为什么朝这个方向移动
①起初平衡时 [A] = [B] = 1 mol/L,K = 1
②刚加入 0.5 mol/L A 时,Q = [B] / [A] = 1 / 1.5 ≈ 0.67,小于 K
③因为 Q < K,正反应进行,A 变成 B,直到 [A] = [B] = 1.25 mol/L 时重新 Q = K
④加入的 0.5 mol/L 中只有一半变成了 B,所以新平衡时 A 仍比起初多。平衡移动只能减弱变化,不能抵消变化
⑤移去 A 时 Q > K,逆反应进行

改变压强时

2 atm
压强的影响
P ↑ → 向气体分子数少的一方移动
减少分子数来减弱压强的增大;两边气体分子数相等时平衡不移动
💡 改变温度时
①升高温度,平衡向吸热反应方向移动,即吸收热量、减弱温度升高的方向
②降低温度,平衡向放热反应方向移动
③与浓度、压强的变化不同,温度变化会改变 K 值本身
④N₂O₄ ⇌ 2NO₂ 的正反应吸热,所以升温时红棕色的 NO₂ 增多,气体颜色变深

催化剂与平衡

🔍 催化剂不会移动平衡
①催化剂使正反应和逆反应的速率以相同倍数增大
②所以只缩短达到平衡的时间,平衡位置和 K 都不变
③在体积不变的容器中加入不参与反应的气体(如 He),总压强增大,但各气体的分压不变,所以平衡也不变

例题演练

例题 1
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) 处于平衡时增大压强,平衡向哪个方向移动?
1
增大压强,平衡向减少气体分子数的方向移动。
2
反应物一方是 1 + 3 = 4 mol,生成物一方是 2 mol,所以向分子数少的生成物一方,也就是正反应方向移动。
▸ 正反应方向(NH₃ 增多)
合成氨的哈伯法采用高压,原因就在这里。如果两边气体分子数相等,改变压强平衡也不移动。
例题 2
正反应放热(ΔH < 0)的平衡升高温度时,平衡向哪个方向移动,K 值如何变化?
1
升高温度,平衡向吸收热量的方向,也就是吸热的逆反应方向移动。
2
新平衡中生成物减少、反应物增多,所以 K 变小。温度是唯一能改变 K 的条件。
▸ 向逆反应方向移动,K 减小
放热反应升温 K 变小、降温 K 变大;吸热反应正好相反。

总结

勒夏特列原理
外界施加的变化 → 平衡向减弱这种变化的方向移动
浓度、压强变化时 K 不变,只有温度变化才改变 K
韩国高考类题改编
下列哪项操作不会移动平衡 N₂O₄(g) ⇌ 2NO₂(g) 的平衡位置?
①升高温度
②减小容器体积以升高压力
③加入更多 NO₂
④加入催化剂
⑤移走 N₂O₄
▸ ④ 加入催化剂
1
催化剂使正反应和逆反应的速率同样增大,只缩短达到平衡的时间。
2
平衡位置和 K 都不变,所以 ④ 不使平衡移动;其他选项改变的是温度、压强或浓度。
🎯 考试重点
①增大某物质的浓度,平衡向消耗该物质的方向移动
②增大压强,平衡向气体分子数减少的方向移动
③升高温度,平衡向吸热方向移动,K 值改变
④催化剂不使平衡移动,只缩短达到平衡的时间
⑤体积不变时加入稀有气体,平衡不移动

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