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等效平衡及应用--知识点总结


等效平衡及应用
在一定条件下(恒温、恒容或恒温、恒压),对同一可逆反应体系,起始加入的 物质的量不同,而达到化学平衡时,反应混合物中同种物质的百分含量相同 ,这 ...... 样的平衡称为等效平衡。 其中等效平衡体系中若反应是在恒温、 恒容条件下, 反应混合物中各成分的浓 度、物质的量、质量分数均相同,类似于几何学上的全等图形,我们称之为同一 平衡状态。因此,同一平衡状

态属等效平衡中的一种。 化学平衡状态的建立与条件(如浓度、温度、压强)有关,与途径无关。 建立平衡状态通常有 4 条途径:①正向建立;②逆向建立;③从中间某状态建 立;④反应物分批加入。 对不同的起始状态, 通常假定反应沿某一方向进行到底, 将所得物质的量与标 准状态比较,规律如下: (1)反应前后气体体积之和不等的可逆反应,如 2SO2(g)+O2 恒温、恒容投料相同,或恒温、恒压投料成比例,即为等效平衡。 (2)反应前后气体体积之和相等的可逆反应,如
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(g),

(g)+H2(g),恒

温、恒容或恒温、恒压,两种情况均是投料成比例,即为等效平衡。 (1)对于恒温、恒容条件下的体积可变的反应 如果按化学方程式中的化学计量关系转化为同一半边的物质, 其物质的量与对 应组分的起始加入量相同,则建立的化学平衡状态是等效的,如常温、常压下的 可逆反应:

2SO2 ① ② ③ 2 mol 0 mol



O2 1 0 mol mol

2SO3 0 mol 2 mol 1.5 mol

0.5 mol

0.25 mol

上述三种配比,按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物,则 SO2 均为 2 mol,O2 均为 1 mol,三者建立的平衡状态完全相同,我们称之为等效平衡,又称 之为同一平衡状态。 (2)对于恒温、恒容条件下的体积不变的反应 如果按化学方程式中的化学计量关系转化为同一半边的物质, 其物质的量之比
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与对应组分的起始加入量之比相同,则建立的化学平衡状态是等效的,如: H2(g) + ① ② 1 mol 2 mol I2(g) 1 mol 2 mol 2HI(g) 0 mol 1 mol

上述两种配比, 按化学方程式的化学计量关系转化为反应物, 两种情况下 H2(g) 与 I2(g)的物质的量之比均为 1∶1, 因此上述两种情况下建立的化学平衡状态是等 效的。 (3)对于恒温、恒压条件下的可逆反应(体积可变或体积不可变) 如果按化学方程式中的化学计量关系转化为同一半边的物质, 其物质的量之比 与对应组分的起始加入量之比相同,则建立的化学平衡状态是等效的。

例题:在一固定容积的密闭容器中充入 3 mol A 和 1 mol B,发生反应:3A(g) +B(g) xC(g),达到平衡后,C 的体积分数为 w%。若维持容器体积和温度不

变,将 0.9 mol A、0.3 mol B 和 2.1 mol C 作为起始物质,达到平衡后,C 的体积 分数仍为 w%,则 x 值可能为( A.1 B.2 )。 C .3 D.任意值

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化学平衡计算的一般思路和方法
化学平衡的计算一般涉及到各组分的物质的量、浓度、转化率、百分含量、气 体混合物的密度、平均摩尔质量、压强等,通常的思路是写出平衡式,列出相关 量(起始量、变化量、平衡量),确定各量之间的关系,列出比例式或等式或依据 平衡常数求解。 如以下反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令 A、B 起始物质的量(mol)分

别为 a、b,达到平衡后,A 的消耗量为 mx,容器容积为 V L。 mA(g) 起始(mol) 变化(mol) 平衡(mol) a mx a-mx + nB(g) b nx b-nx pC(g)+qD(g) 0 px px 0 qx qx

?px?p ?qx?q ?V? · ? ? ? ? ?V? 则有:(1)K= ?a-mx?m ?b-nx?n ? ? · ? ? ? V ? ? V ? (2)对于反应物:n(平)=n(始)-n(变); 对于生成物:n(平)=n(始)+n(变)。 (3)c 平(A)= a-mx V 。

mx mx nx mb (4)α(A)平= a ×100%,α(A)∶α(B)= a ∶ b = na 。 (5)φ(A)= (6) a-mx ×100%。 a+b+?p+q-m-n?x

p?平? a+b+?p+q-m-n?x = 。 p?始? a+b a· M?A?+b· M?B? (g· L-1) V

(7)ρ(混)= (8) M =

a· M?A?+b· M?B? (g· mol-1)。 a+b+?p+q-m-n?x

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平衡转化率
对于一般的化学反应:aA(g)+bB(g) A 的转化率为: α (A) =

cC(g)+dD(g),达到平衡时反应物
-c平

A的初始浓度-A的平衡浓度 c0 ×100%= A的初始浓度

c0

×100%[c 平(A)为平衡时 A 的浓度,c0(A)为起始时 A 的浓度] (1)同一个反应中,反应物可以有多种,但不同反应物的转化率可能不同。 (2)增大一种反应物的浓度,可以提高其他反应物的转化率,工业生产中常常 提高廉价原料的比例,从而增大昂贵原料的利用率,如工业合成氨中增大氮气的 浓度,从而提高氢气的转化率。 (3)对于一个确定的化学反应,温度一定,平衡常数只有一个,但是平衡常数 与平衡转化率之间存在一定的关系,用平衡常数可以计算平衡转化率,用平衡转 化率也可以计算平衡常数。

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