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2. 外界条件对平衡的影响

化学平衡及其移动 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 改变浓度、压强或温度等外界条件,使正逆反应速率不等,导致平衡向减弱这种改变的方向移动。

从哪来 建立在1. 化学反应速率之上。只有先理解浓度、温度、压强如何独立改变正、逆反应速率,才能理解当两者不再相等时,平衡如何被打破并重建。

为什么 核心逻辑是“速率差”与“勒夏特列原理”的微观对应。 1. 本质是速率不等:平衡状态是 $v_{正} = v_{逆}$。外界条件改变(如增加反应物浓度),瞬间 $v_{正}$ 突增而 $v_{逆}$ 不变,导致 $v_{正} > v_{逆}$,体系必须通过正向进行来消耗多余反应物、生成产物,直到两者速率再次相等。 2. 宏观表现是“减弱改变”: - 浓度:增加反应物,平衡正向移动,消耗掉部分增加的反应物(减弱增加)。 - 压强:压缩体积(加压),气体分子碰撞频率增加,平衡向气体分子数减少的方向移动,从而降低总压强的增幅(减弱加压)。 - 温度:升温相当于给体系“加热”,平衡向吸热方向移动,吸收热量,从而降低体系温度的升幅(减弱升温)。 注意:平衡移动只能“减弱”改变,不能“消除”改变,最终新平衡的浓度/压强/温度仍高于原平衡。

适合:形象思维强、喜欢生活类比的学生** **类比法:橡皮筋拉伸模型** 把化学平衡比作一根被拉伸到极限的橡皮筋(正逆速率平衡)。 - **浓度
往橡皮筋上挂重物(增加反应物),橡皮筋被拉得更长(正向移动),直到张力平衡。 - 压强:用手挤压橡皮筋(加压),橡皮筋会向更短、更紧密的状态收缩(向气体体积减小方向移动),以抵抗挤压。 - 温度:给橡皮筋加热(升温),它会变软、伸长(向吸热方向移动),因为热能被“吸收”用于改变结构。 *关键强调*:无论怎么动,橡皮筋最终都会停在一个新的位置,但不会回到原点,也不会完全抵消你的外力。
讲法
适合:逻辑严密、擅长数学推导的学生 速率-时间图像分析法 画出 $v-t$ 图。 1. 初始阶段:$v_{正}$ 和 $v_{逆}$ 重合为一条水平线(平衡)。 2. 改变条件瞬间: - 若加反应物:$v_{正}$ 垂直向上跳变,$v_{逆}$ 不变。 - 若加压(气体):$v_{正}$ 和 $v_{逆}$ 都垂直向上跳变,但跳变幅度不同(系数大的一方跳得高)。 - 若升温:$v_{正}$ 和 $v_{逆}$ 都垂直向上跳变,但吸热方向跳得更高。 3. 后续阶段:速率从跳变点逐渐变化,直到再次重合。 *关键强调*:通过观察哪条线跳得高,直接判断移动方向。跳得高的方向就是移动方向。
适合:抽象思维强、喜欢微观机理的学生** **碰撞理论微观分析法** 1. **浓度
增加反应物分子数 $\rightarrow$ 单位体积内反应物分子增多 $\rightarrow$ 有效碰撞频率增加 $\rightarrow$ $v_{正}$ 增大。 2. 压强:压缩体积 $\rightarrow$ 所有气体分子浓度同比例增加 $\rightarrow$ 碰撞频率增加 $\rightarrow$ $v_{正}$ 和 $v_{逆}$ 都增大。但由于反应前后气体分子数不同,分子数多的一方(系数大)碰撞概率增加得更多,故速率增加幅度不同。 3. 温度:升温 $\rightarrow$ 分子平均动能增加 $\rightarrow$ 活化分子百分数增加 $\rightarrow$ 有效碰撞频率增加 $\rightarrow$ $v_{正}$ 和 $v_{逆}$ 都增大。但吸热反应的活化能通常更高,对温度更敏感,故吸热方向速率增加幅度更大。 *关键强调*:温度改变的是“活化分子百分数”,而浓度/压强改变的是“单位体积分子数”。
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练一道
基础题
在恒温恒容密闭容器中,发生反应 $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$ $\Delta H < 0$。 (1) 若增加 $N_2$ 的浓度,平衡如何移动? (2) 若升高温度,平衡如何移动?
变式
在恒温恒容密闭容器中,发生反应 $2SO_2(g) + O_2(g) \rightleftharpoons 2SO_3(g)$。 若向容器中充入 $He$ 气(惰性气体),平衡是否移动?为什么?
试试手自己判
检测题
对于反应 $C(s) + H_2O(g) \rightleftharpoons CO(g) + H_2(g)$ $\Delta H > 0$,在密闭容器中达到平衡。 若此时增加 $C(s)$ 的质量,平衡如何移动? 若此时缩小容器体积,平衡如何移动?
看答案和判分标准
答案:1. 平衡不移动。 2. 平衡逆向移动。
判对标准:
- 第一问:答“不移动”得1分。若答“正向”或“逆向”均不得分。需理解固体/纯液体浓度视为常数,增减其量不影响平衡。
- 第二问:答“逆向移动”得1分。需理解缩小体积等于加压,反应物气体分子数1,生成物气体分子数2,加压向气体分子数减少(逆向)方向移动。
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