化学平衡:常数、移动与合成氨
平衡常数
K 只看温度
转化率
α=转化/起始
平衡移动
勒夏特列原理
合成氨
条件的折中
开场场景:把 NO₂ 球一端浸热水、一端浸冰水——热水那头颜色变深(NO₂ 增多),冰水那头变浅。同一个平衡,温度一改变,平衡位置就移动。这就是勒夏特列原理:'对着干'。
义是什么
为什么 K 只随温度变:K 是平衡态各物质浓度的关系常数,由反应本身和温度决定。浓度、压强改变只会让体系暂时偏离平衡,然后通过移动重新回到原来的 K;只有温度改变才真正改变 K 的大小。升温:吸热方向 K 增大、放热方向 K 减小。
勒夏特列'减弱'不是'消除':你加压,平衡向分子数少的方向移一点来减弱压强增大,但新平衡的压强仍比原来大;你升温,平衡向吸热方向移一点来减弱升温,但新平衡温度仍比原来高。
路怎么学 / 怎么想
判断移动方向三步:①写出反应前后气体分子数变化;②看条件改变;③套勒夏特列。注意:加入惰性气体在恒容容器中不改变各物质浓度,平衡不移动;恒压充入惰性气体相当于扩大体积减小压强,平衡向分子数多方向移动。
合成氨条件选择的张力:正反应放热、气体分子数减少(4→2)。从平衡角度要低温高压;从速率角度要高温。实际选 400~500℃ 是铁触媒活性最高的温度,20~50 MPa 兼顾设备与产率。
典型例题:三道
用途与案例
工业:接触法制硫酸
2SO₂+O₂⇌2SO₃ 放热,实际用过量空气、常压、V₂O₅ 催化;常压下 SO₂ 转化率已很高,不加压省设备。
生活:冰镇啤酒
CO₂ 溶解度随压强增大、温度降低而增大;开盖减压 CO₂ 逸出冒泡。
展往哪儿长
必修衔接:必修认识平衡状态;选必一引入 K 与移动定量分析。
大学:化学热力学(ΔG=ΔH−TΔS)、平衡常数与自由能关系、阿伦尼乌斯方程。
把'加催化剂'当成使平衡正向移动:错!催化剂同等程度加快速率,平衡不移动,只缩短到达平衡的时间。另外固体/纯液体浓度视为常数,增减其量不影响平衡。恒容充惰性气体不移动平衡,恒压充惰性气体才移动——这个区别选择题必考。
练习
基础:改变下列条件,能使平衡常数 K 改变的是?A 增大反应物浓度 B 升高温度 C 增大压强 D 加催化剂
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选 B。K 只随温度变。错了或卡壳?回到本章「核心概念与方程式」那一段,把例题再顺一遍。
进阶:对 PCl₅(g) ⇌ PCl₃(g)+Cl₂(g),达到平衡后再加入 PCl₅,PCl₅ 转化率怎么变?
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恒容再加入 PCl₅ 相当于增大压强,平衡向气体分子数少方向(逆向)移动,PCl₅ 转化率降低。错了或卡壳?回到本章「核心概念与方程式」那一段,把例题再顺一遍。
奥数:某反应 ΔH<0,升温后 K 怎么变?Q 与 K 关系?
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升温平衡向吸热方向(逆向)移动,生成物浓度减小、反应物增大,K 减小;新瞬间 Q>K,反应逆向进行。错了或卡壳?回到本章「核心概念与方程式」那一段,把例题再顺一遍。
证教材级补充:平衡常数与反应方向
平衡时生成物与反应物浓度比恰为 K。若突然加反应物,分母变大 Q基础例题:K 与反应热的关系?
放热反应升温 K 减小;吸热反应升温 K 增大。
错了或卡壳?回到本章「核心概念与方程式」那一段,把例题再顺一遍。进阶例题:合成氨为何要及时分离液氨?
减小生成物 NH₃ 浓度,平衡正向移动,提高原料利用率;液氨降温即液化易分离。
错了或卡壳?回到本章「核心概念与方程式」那一段,把例题再顺一遍。
① K 只看温度;Q 与 K 比判断方向。
② 勒夏特列:平衡向减弱改变方向移动。
③ 合成氨是速率与平衡的折中。
- 用自己的话讲:本章核心是「平衡常数 K、平衡移动与合成氨」,合上书用自己的话讲一遍,不许照抄。
- 举个反例 / 什么时候最容易错:对照上面「防坑警示」,挑一条讲明白为什么那是坑。
- 哪里还卡壳(标记薄弱点):哪一句你要翻书才说得顺?那个地方就是你的薄弱点,拿笔圈出来。