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气体体系压强增大,化学平衡一定移动吗?

青云教研中心

内容摘要:压强增大不必然使气体反应平衡移动。恒温压缩会使各反应气体分压同时增大,是否移动取决于反应两侧气体计量数之差;相等时可不移动,不等时倾向气体计量数较少的一侧。判断还要明确压强改变方式,不能把总压增加、反应物分压增加和升温造成的变化混为一谈。

增压是否使平衡移动
原创教学关系示意图,非实测比例。

直接回答

压强增大不必然使气体反应平衡移动。恒温压缩会使各反应气体分压同时增大,是否移动取决于反应两侧气体计量数之差;相等时可不移动,不等时倾向气体计量数较少的一侧。判断还要明确压强改变方式,不能把总压增加、反应物分压增加和升温造成的变化混为一谈。

直接回答:先问怎样增压,再问两侧有多少气体

气体体系的压强增大,并不保证化学平衡一定移动。对于恒温、理想气体近似适用的平衡体系,压缩体积会使各反应气体分压同时增大;若反应两侧气体计量数总和相等,这种同步变化可以不改变反应商,因此不引起平衡移动。若两侧气体计量数不同,压缩则有利于气体计量数较少的一侧。这里必须保留恒温、压缩与气相反应等条件。

概念条件:动态平衡不是反应停止

化学平衡对应正反应与逆反应速率相等,两种方向的反应仍在进行。平衡移动是条件改变后出现暂时的净反应,使体系重新建立平衡。它描述组成调整的方向,不能理解为某个方向从此完全停止,也不能把没有平衡移动解释为分子不再发生反应。讨论之前,应确认体系原来已经处于平衡状态。

在恒定温度下,理想气体分压与物质的量浓度相关。改变体积,会同时改变各反应组分的分压;加入某一种反应物,则主要直接改变该组分的量与分压。两种操作都可能伴随压强变化,但它们改变反应商的方式不同。因此,不能只看压强增大四个字,就跳过操作过程,直接套用向少的一边移动。

比较两侧气体计量数,数的是配平方程式中气态物种的系数总和,而不是实际混合物当前各气体的摩尔数,也不是两侧物质名称的数量。一个物种前系数为二,就贡献两份气体计量数;固体或液体不能因为写在同一侧,就被当作气体加入这项比较。题目若改变反应书写方向,左右名称会变,实际偏向的组成关系不会随之矛盾。

判断步骤:用反应商检查口诀是否适用

  1. 确认温度是否保持不变。所给模型中温度改变会影响平衡常数,不能把升温造成的压强增加当作单纯恒温压缩处理。
  2. 写明操作方式。区分减小体积、加入反应气体、移走产物或其他变化。总压信息应落实到各反应组分的分压变化。
  3. 统计气相计量数。由配平反应式分别求两侧气体系数总和,再判断恒温压缩是否会使反应商偏离原平衡常数。
  4. 核对移动与最终结果。反应商大于平衡常数时向逆反应方向调整,小于时向正反应方向调整。移动方向不等于所有物种浓度都回到原值。

教学自拟情境一:两侧气体计量数相等会怎样?

教学体系采用氢气与碘蒸气生成碘化氢的气相平衡:一份氢气与一份碘蒸气对应两份碘化氢。体系原来处于平衡,保持温度不变,把体积压缩为原来的三分之一,并采用理想气体模型。有人认为压强变大,所以一定向生成碘化氢的方向移动。请判断。

不成立。压缩后,各组分分压在组成尚未调整的瞬间都变为原来的三倍。反应商的分子包含碘化氢分压的平方,因此乘九;分母包含氢气与碘蒸气分压的乘积,也乘九。两者约去后,反应商仍等于平衡常数,不需要发生平衡移动。没有移动不代表分压没有变化,也不代表正逆反应停止。

教学自拟情境二:压缩时到底向哪边调整?

另一教学体系采用四氧化二氮与二氧化氮的气相平衡,一份四氧化二氮对应两份二氧化氮。体系原来平衡,恒温下体积减半。请判断瞬间反应商如何改变,以及随后净反应朝哪个方向进行。题目只要求方向,不要求计算新平衡的具体组成。

以二氧化氮分压平方除以四氧化二氮分压构成反应商。各分压先同时变为两倍,分子变四倍,分母变两倍,因此反应商变为原来的两倍,大于原平衡常数。体系随后向生成四氧化二氮的方向调整,也就是气体计量数较少的一侧。缺少更多数据时,不应继续编出新平衡转化率或最终分压。

易错点:总压、分压与浓度不能互相顶替

在恒温、恒容的理想模型中,若加入不参与反应且不发生其他作用的气体,原有反应气体的物质的量与体积未变,其分压不因这一操作改变。总压虽然增大,反应商却可以保持原值。这个结论来自分压与浓度关系,说明总压增加本身不足以判定移动;它不应被推广到体积也随之改变的另一种操作。

另一个错误是把移动方向当成最终浓度变化的全部答案。压缩瞬间各气体浓度先发生共同变化,之后组成再调整。向某一侧移动只说明净反应方向,不能脱离前面的直接改变,宣布某一物种最终浓度必然小于原平衡值。比较瞬间、新平衡与原平衡时,应分别记录,不能把三个时点混在一起。

还要区分平衡位置与达到平衡的快慢。所给材料指出,催化剂可加快正逆两个方向的反应,使平衡更快建立,却不因此改变平衡常数。反应更快、压强更高与平衡向某侧移动是不同判断,不能用一个变化替代另一个变化的证据。

迁移方法:把操作翻译成变量变化

面对平衡题,先写操作改变了什么,再写反应商怎样变化,最后写体系如何调整。体积、温度和特定组分的加入应分别落到对应变量上。若题目只给总压,却没有交代操作方式,就先识别信息不足,避免使用只对恒温压缩成立的方向规则。

小结

增压是否移平衡,关键在操作与反应商。恒温压缩时,气相计量数相等可不移动,不等则偏向较少的一侧;总压增加不能自动代替反应气体分压变化的核验。

常见问题

平衡不移动是否表示反应停止?

不是。动态平衡中正逆反应继续进行,速率相等。

恒温压缩对两侧气体计量数相等的体系一定移平衡吗?

不一定。在所述理想模型中,各分压同步变化可使反应商不变,平衡不移动。

比较的是实际剩余气体摩尔数吗?

方向规则比较配平方程式两侧气态物种的计量系数总和。

总压增加为什么不能直接判方向?

不同操作对反应气体分压的影响不同,应先查明总压怎样改变。

升温引起压强增大能当作恒温压缩吗?

不能。温度变化还会影响平衡常数,需要另行分析。

向某侧移动就能算出新平衡组成吗?

不能。方向判断不等于定量组成计算,后者通常还需要初始条件与平衡数据。

资料来源与学习边界

本文用于公考常识基础学习;情境练习为教学自拟,并非官方真题或命题预测。

引用与权威来源

  1. 压缩气体反应体系一定使平衡移动吗:气体计量数与压强改变方式(官方基础资料)

常见问题

平衡不移动是否表示反应停止?

不是。动态平衡中正逆反应继续进行,速率相等。

恒温压缩对两侧气体计量数相等的体系一定移平衡吗?

不一定。在所述理想模型中,各分压同步变化可使反应商不变,平衡不移动。

比较的是实际剩余气体摩尔数吗?

方向规则比较配平方程式两侧气态物种的计量系数总和。

总压增加为什么不能直接判方向?

不同操作对反应气体分压的影响不同,应先查明总压怎样改变。

升温引起压强增大能当作恒温压缩吗?

不能。温度变化还会影响平衡常数,需要另行分析。

向某侧移动就能算出新平衡组成吗?

不能。方向判断不等于定量组成计算,后者通常还需要初始条件与平衡数据。

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