任务2.2　认识化学反应平衡的影响因素

2.2.1　任务书

本次任务通过碘的平衡反应技能操作训练，掌握经验平衡常数的一种测定方法，加深对经验平衡常数的理解。通过铬酸钾和少量H+的平衡反应，观察和判断平衡随浓度改变而移动的方向；通过N2O4和NO2的平衡反应，观察和判断平衡随压力改变而移动的方向，平衡随温度改变而移动的方向。

从而理解化学平衡的概念及特点，了解浓度、压力和温度对化学平衡的影响，掌握平衡移动原理。

2.2.2　技能训练和解析　化学反应平衡常数的测定实验

1.任务原理

碘溶于碘化钾溶液达到下列平衡：

在一定温度下，其平衡常数，为测定［I2］、［I-］和的平衡浓度，可取过量固体碘与已知浓度的KI溶液一起振荡达到平衡后，取上层清液，用Na2S2O3标准溶液滴定：

2Na2S2O3+I22NaI+Na2S4O6

由于溶液中存在上述平衡，所消耗的Na2S2O3滴定最终得到的是和I2的总浓度：

其中［I2］的浓度可通过同温度时测量碘和水处于平衡时溶液中的碘浓度代替，设其浓度为：c'=［I2］，则。因此，处于平衡时，形成一个就需要一个I-，所以平衡时，式中［I-］0为KI的起始浓度，将［I2］、［I-］和代入中，可得K值。

2.任务材料

3.任务操作

（1）溶液的配制

取干燥碘量瓶，标上A、B、C，在A瓶中用量筒加入10.00mL KI和10.00mL蒸馏水，再加入研细的1.0g碘。在B瓶中加入20.00mL KI和1.0g碘。在C瓶中加入50.00mL蒸馏水和0.5g碘。盖好瓶盖，在室温下振荡30min后，静置10min。

（2）溶液中碘浓度测定

在A瓶中取上层溶液2.0mL，量取40.0mL蒸馏水放入到250mL锥形瓶中，用硫代硫酸钠溶液滴定到淡黄色，加入5滴淀粉溶液，此时溶液呈蓝色，继续滴加Na2S2O3，并不断搅拌，滴至蓝色刚好消失为止，记录Na2S2O3标准溶液用量。

在B瓶中重复A瓶同样的操作。

在C瓶中取上层溶液25.0mL，用Na2S2O3标准溶液滴定，记录Na2S2O3标准溶液用量。

注意：碘易挥发、升华，有毒性和腐蚀性，要小心使用；滴定速度要快，防止碘挥发被空气氧化；实验结束后，碘要回收，其他废液倒入碱性废液筒内。

4.记录与报告单

（1）数据记录

将数据填入表2-6并进行处理。

（2）操作结论

依据公式________，即可得到此温度条件下的平衡常数K。

5.问题与思考

（1）实验中固体碘的量是否要像加热KI溶液一样准确？

（2）能否在Na2S2O3溶液滴定之前加入淀粉指示剂？

2.2.3　技能训练和解析　化学反应平衡常数的影响因素实验

1.任务原理

当反应的条件（浓度、压力、温度）改变时，平衡就被破坏。反应立即按新的条件进行，直到建立新条件下的新平衡。因外界条件变化导致可逆反应从原来的平衡状态转变到新的平衡状态的过程，叫做化学平衡移动。

（1）浓度对平衡移动的影响

已达到平衡的可逆反应，若其他条件不变，改变反应物的浓度，平衡将发生移动。

铬酸钾和溶液中的少量H+处于化学平衡状态，加入硫酸使反应物H+的浓度增加，正反应速率加快，平衡向减少反应物、增加生成物的方向移动；达到新的平衡，重铬酸钾的浓度增大。向这个平衡中加入OH-，逆反应速率加快，铬酸钾浓度增大。

（2）压力对平衡移动的影响

在其他条件不变时，增大压力，平衡向生成四氧化氮的方向移动；减小压力，平衡向生成二氧化氮的方向移动。

（3）温度对平衡移动的影响

升高温度，平衡向吸收热量的方向移动；降低温度，平衡向放出热量的方向移动（四氧化氮解聚需要吸收热量，二氧化氮结合成四氧化氮的过程会放出热量）。

2.任务材料

3.任务操作

（1）浓度对化学反应平衡的影响

如图2-4所示进行任务操作，将数据填入表2-7中。

①取5.0mL K2CrO4（0.10mol/L）溶液放入试管。

②逐滴滴入H2SO4（1mol/L）溶液，观察颜色变化。

③逐滴滴入NaOH（2mol/L）溶液，观察颜色变化。

（2）压力对化学反应平衡的影响

如图2-5所示进行任务操作，将数据填入表2-8中。

①取一个50.0mL的医用注射器，里面装有二氧化氮和四氧化二氮的平衡混合气体，密封注射器进口。

②向后拉活塞，减小压力，观察现象。

③向前推活塞，增大压力，观察现象。

（3）温度对化学反应平衡的影响

如图2-6所示进行任务操作，将数据填入表2-9中。

①将装有二氧化氮和四氧化二氮混合气体的平衡球，分别放入盛有热水和冷水的烧杯中。

②观察两个平衡球中气体的颜色变化。

4.记录与报告单

操作结论：

①________反应物（或________生成物）的浓度，平衡向________生成物浓度的方向移动；________反应物（或________生成物）的浓度，平衡向________反应物浓度的方向移动，直至建立新的平衡。

②在其他条件不变时，增大压力，平衡向气体分子总数________的方向移动；减小压力，平衡向气体分子总数________的方向移动。

③在其他条件不变时，________温度，平衡向吸热方向移动；________温度，平衡向放热方向移动。温度变化时，________数值改变。

5.问题与思考

（1）浓度、温度、压力变化如何影响化学平衡移动？影响的原因是否相同？

（2）为什么催化剂能影响化学反应速率，而不影响化学平衡？

（3）概述平衡移动原理？

2.2.4　知识宝库　化学平衡

1.化学平衡定义

化学平衡是可逆反应的最终状态，可逆反应是指在同一条件下，既可向正向进行又可向逆向进行的反应。化学平衡从动力学角度是指当正、逆反应速率相等时，体系中各物质的浓度不再发生变化，反应达到了平衡。反应开始时，反应物浓度较大，生成物浓度小，根据质量作用定律，正反应速率大于逆反应速率，即v正>v逆。随着反应的进行，反应物浓度减少，生成物浓度增加，所以v正增加，v逆减小，当v正=v逆时，达到化学平衡。

2.化学平衡的特点

化学平衡具有可逆性、条件性、动态性和相对性的特点。

①可逆性　只有在封闭体系恒温条件下进行的可逆反应，才能建立化学平衡。

②条件性　化学平衡是在一定条件下建立的。当外界条件改变时，平衡将被破坏，在新条件下建立新的平衡。

③动态性和相对性　从宏观上看，反应似乎处于停止状态，体系中各物质浓度不再发生变化；从微观上看，正、逆反应仍在进行，反应并未停止，只不过v正=v逆而已。

3.化学平衡常数及应用

化学平衡常数是化学平衡的定量标志，它反映了平衡体系中，反应物与生成物之间的关系。

（1）化学平衡常数K

①浓度平衡常数Kc

可逆反应：

在一定条件下达到平衡，浓度平衡常数Kc等于生成物浓度的系数次幂乘积与反应物浓度的系数次幂乘积之比，，其中［A］、［B］、［D］、［E］是平衡时各物质的浓度，单位是mol/L。

②压力平衡常数Kp对于气体间的反应，平衡常数可用各气体分压表示，如可逆反应：

，其中pA、pB、pE、pD代表A、B、E、D四种物质平衡时的分压，单位是Pa。

以上Kc和Kp是由实验得到的，称为实验平衡常数。

③标准平衡常数标准平衡常数是无量纲的常数，其值等于各种物质的浓度c除以标准状态下浓度，各种物质的分压p除以标准状态下分压，其中=1mol/L，=101325Pa。

可逆反应：

在一定温度下达到平衡时：，对于气体反应可写作：。

式中，∏表示连乘；ci是物质i的浓度；pi是气体i的分压力；vi是物质i的计量系数，对于反应物vi值为负数，对于生成物vi值为正数。

（2）化学平衡常数K的应用

①平衡常数是可逆反应的特征常数。在一定温度下，K值与反应物初始浓度无关，与反应从正向还是逆向开始无关，取决于反应物的本性，K值随温度而变化。

②平衡常数是反应进行程度的理论标志，K值越大，表明反应向正向进行得越彻底。

③依据K可以判断反应进行的方向，首先计算浓度商。

式中，Qc为浓度商，其表达式与Kc完全相同，区别是Qc中各物质的浓度是任意状态下的浓度，而Kc中各物质的浓度是平衡浓度。

当Qc<Kc，反应向正向进行；当Qc=Kc，反应处于平衡状态；当Qc>Kc，反应向逆向进行。同理，也可依据Qp与Kp大小判断反应进行方向。

④应用平衡常数，可以进行两方面的平衡计算：一是确定平衡常数，二是计算平衡组成、转化率或产率等。

4.化学平衡移动及影响因素

（1）化学平衡移动定义

化学平衡建立是有条件的，反应达到平衡时，反应速率满足v正=v逆，物质浓度满足Qc=Kc，分压力满足Qp=Kp。当外界条件改变时平衡将被破坏，使可逆反应从一种平衡状态转变为另一种平衡状态的过程称为化学平衡移动。

（2）化学平衡移动的影响因素

凡是能破坏v正=v逆或Qc=Kc或Qp=Kp的因素，都可使化学平衡发生移动。

①浓度对化学平衡移动的影响

可逆反应：

在一定温度下达到平衡，v正=v逆、Qc=Kc、Qp=Kp。

若其他条件不变，提高反应物的浓度，使v正提高，Qc减小，导致此时v正>v逆、Qc<Kc、Qp<Kp，平衡被破坏，即平衡向右移动。随反应的进行，反应物浓度减小而生成物浓度增加，促使正反应速率减小而逆反应速率增加，当v正=v逆、Qc=Kc、Qp=Kp时，体系重新建立新的平衡。同理，降低反应物浓度，平衡向左移动。

②压力对化学平衡移动的影响　对于气体间的反应，平衡常数可用各气体分压表示，如可逆反应：

在恒温下，增加平衡体系的总压力，平衡向气体分子数减小的方向移动；同理，若减小平衡体系的总压力，平衡向气体分子数增加的方向移动。压力变化只对反应前后气体分子数有变化的反应有影响，即对（e+d）-（a+b）≠0的反应有影响。

③温度对化学平衡移动的影响　温度对化学平衡的影响，与浓度、压力有本质区别。改变浓度、压力导致Qc、Qp变化，而改变温度引起Kc、Kp变化。

吸热反应：升高温度，平衡常数增大，平衡向右移动，即向吸热方向移动。

放热反应：升高温度，平衡常数减小，平衡向左移动，即向吸热方向移动。

无论吸热反应还是放热反应，升高温度平衡都是向吸热方向移动。同理降低温度，平衡都是向放热方向移动。

5.平衡移动原理

法国科学家勒夏特列把反应条件的改变对化学平衡的影响，归纳成平衡移动原理（也称为勒夏特列原理）：改变某一个平衡条件（如温度、压力和浓度等），平衡就像削弱这种改变的方向移动。如温度升高，就像吸热方向移动；浓度增大，就向浓度减小方向移动；压力升高，就向分子数减少来降低压力的方向移动。总之，移动方向是对“改变”的“对抗”，这个原理具有普遍意义。但必须注意它只适用于平衡体系，没有达到平衡的体系，不能应用此原理。