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等效平衡规律的应用


等效平衡规律的理解和应用 《化学平衡》一章常会考:⑴同一化学反应在不同条件某物质百分含量的大小、转化率 等。⑵化学平衡的相关计算等等。而要解决此类问题,则常运用等效平衡规律。为此,在复 习中必须理解等效平衡规律, 从而正确地运用该规律解决化学平衡中的很多问题, 最终达到 真正掌握知识的目的。 一 等效平衡定义:化学平衡状态与条件相关,而与建立平衡的途径无关。对于同一可逆反 应,在

同一条件下以不同投料方式(即从正反应,逆反应或从中间状态开始)进行反应,只 要达到平衡时相同组分在混合物中的百分数相同,这样的平衡称为等效平衡。 二 等效平衡规律的理解 规律之一:恒温恒容条件下体积可变的反应 ⑴规律: 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质, 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等效。例如: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ① 2moL 1moL 0 ② 0 0 2moL ③ amoL bmoL cmoL 如果此时满足 a+c=2 b+1/2 c=1 则①②③建立的化学平衡状态等效 ⑵理解:化学平衡的建立与途径无关,起始加反应物或起始加生成物,只要加入的物质极值 转化后物质的量相等,又由于恒温恒容,此时的平衡不仅是等效的,而且是同一平衡。平衡 时相同组分的物质的量,浓度,转化率及混合气体的密度,相对分子质量都相等。 规律之二:恒温恒容条件下体积不变的反应 ⑴规律: 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质, 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等效。例如: 2A(g)+3B(g) 5C(g) ① 2moL 3moL 0 ② 0 0 10moL ③ amoL bmoL cmoL 如果此时满足(a +2/5c)/(b+3/5c)=2/3 则①②③建立的化学平衡状态等效 ⑵理解: 以上述反应为例, 在等温时分别在 1L 的容器Ⅰ和 2L 的容器Ⅱ中加入 2moL A 、 3mo B 和 4moL A 、6mo B。 容器Ⅱ中间有可抽动的隔板(隔板的体积忽略) ,此时容器Ⅱ左右 两边的反应与容器Ⅰ完全相同, 则达平衡时容器Ⅱ左右两边的反应与容器Ⅰ相同组分的物质 的量,浓度,转化率及混合气体的密度,相对分子质量都相等。然后抽开隔板,由于浓度, 温度,压强没变,根据勒夏特列原理,平衡不移动。此时容器Ⅱ中的组分的物质的量是容器 Ⅰ中相同组分的两倍。然后压缩容器Ⅱ至 1L,由于该反应是气体体积不变的反应,增大压 强,平衡不移动。所以两反应平衡时是等效的,且相同组分的物质的量存在倍数的关系。 如下图所示
2moLA 3moLB

2moLA 3moLB

2moLA 3moLB

4moLA 6moLB

规律之三:恒温恒压条件下的可逆反应 ⑴规律: 如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质, 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等效 ⑵理解:同规律二 三 应用 例 1 某温度下在密闭体积不变的容器中发生如下反应: 2X (气)+Y(气) 2Z(气),若开始时充入 2moLZ 气体,达平衡时混合气体的压强比起始 时增大了 20%。若开始时只充入 2moLX 和 1moLY 的混合气体,达平衡时 X 的转化率是多 少? 分析与解答: 根据题意两反应达平衡时是属于恒温恒容条件下体积可变的等效平衡。 则 平衡时 X、Y、Z 的物质的量相等。要求平衡时 X 的转化率,则须计算出 X 反应了多少或还 留下多少 2X (气)+Y(气) 2Z(气) 起始 0 0 2moL 反应 amoL 1/2amoL amoL 平衡 amoL 1/2amoL (2- a)moL 根据 PV=nRT 可知 P1/P2=n1/n2 所以 a=0.8moL 则平衡 2X 反应了 2-0.8=1.2moL 所以 X 的转化率=60% 例 2 如右图,等温等压下向 A 充入 1molX、1molY,向 B 中充入 2molX、2molY,起 始时 A、B 的体积都等于 a L,在相同温度和催化剂存在的条件下,关闭活塞 K,发生下述 反应,X(g)+Y(g) 2Z(g)+W(g);Δ H<0。达平衡时,A 的体积为 1.4aL。则打开活塞 K 平衡后 A 的体积为多少? 分析与解答:根据题意打开活塞 K 前后反应达平衡时是属于恒温恒压条件下的等效平 衡, 且相同组分的物质的量存在倍数的关系。 打开活塞 K 前, A 中的起始总物质的量是 2moL, 打开活塞 K 后,AB 连通,其起始总物质的量是 6 moL,所以打开活塞 K 前后平衡时物质的 量的之比是 1:3 根据 PV=nRT 可知 V1/V2=n1/n2 所以打开活塞 K 后平衡时 AB 总体积是 1.4 aL×3=4.2 aL, 则打开活塞 K 平衡后 A 的体积为(4.2 a- a)L=3.2 aL 例 3 一定温度下,在一容积可变的容器中,反应 2A(g)+B(g) 2C(g)达平衡时,A、 B、C 的物质的量分别为 4 moL 、2 moL、 4 moL。保持温度和压强不变,对平衡混合物中 三者的物质的量作如下调整,可使平衡右移的是() A 均减半 B 均加倍 C 均增加 1moL D 均减 1 moL 分析与解答:选项 A 、B 与题中的平衡是等温等压下的等效平衡,所以平衡不移动。 选项 C 增加的物质的量与题中的物质的量不成比例, 则把选项 C 增加的物质的量分两次加, 先按题中的物质的量成比例加, 即先加 A、 B、 C 的物质的量分别为 1 moL 、 0.5 moL、 1 moL 此时等效,然后补差量,加 0.5 moL B,根据勒夏特列原理,反应物的浓度增加,平衡向正 反应方向移动,所以平衡右移,选项 C 正确。同理选项 D 左移。

链接练习 1. 在一个固定容积的密闭容器中,加入 mmol A、nmol B,发生下列反应:mA(g)+nB(g) pC(g) 平衡时 C 的浓度是 wmol/L, 若容器体积和温度不变, 起始时放入 amol A、 bmol B、cmol C,若要平衡后 C 的浓度仍为 wmol/L,则 a、b、c 应满足的关系是 A a︰b︰c=m︰n︰p B a︰b=m︰n (ap/m)+c=p C (mc/p)+a=m,(nc/p)+b=n D a=m/3,b=n/3,c=2p/3 2. 一定温度下,在恒容密闭容器中发生如下反应:2A(g)+B(g) 3C(g),若反应开始时 充入 2mol A 和 2mol B,达平衡后 A 的体积分数为 a%。其他条件不变时,若按下列四种配 比作为起始物质,平衡后 A 的体积分数大于 a%的是 A 2mol C B 2mol A 1mol B 和 1mol He(不参加反应) C 1mol B 和 1mol C D 2mol A 3mol B 和 3mol C 3. 在恒温时,一固定容积的容器内发生如下反应:2NO2(g) N2O4(g) 达平衡时,再向 容器内通入一定量的 NO2(g),重新达到平衡后,与第一次平衡时相比,NO2 的体积分数 A 不变 B 增大 C 减小 D 无法判断 4.某恒温恒容的容器中,建立如下平衡:2A(g) B(g) ,在相同条件下,若分别再向 容器中通入一定量的 A 气体或 B 气体,重新达到平衡后,容器内 A 的体积分数比原平衡时 A 都增大 B 部减小 C 前者增大后者减小 D 前者减小后者增大 5.甲、乙两容器都发生反应 2A(g)+B(g) xC(g),两容器温度和初始压强相同。甲容器 中充入 2molA 和 1molB,达平衡后,C 在平衡混合气中的体积分数为 ? 、物质的量为 n1; 乙容器中充入 1.4molA、0.7molB 和 0.6molC,达平衡后 C 在平衡混合气中的体积分数为 ? 、 物质的量为 n2。下列说法中正确的是 A 若甲、乙两容器均为恒容容器,则 x 必等于 2 B 若甲、乙两容器均为恒压容器,则 x 必等于 3 C 若甲为恒压容器、乙为恒容容器,且 x≠3,则 n1 必大于 n2 D 若甲为恒容容器、乙为恒压容器,且 x=3,则 n1 必大于 n2 6. 在一容积为 1L 的密闭容器中,充入 1mol A 和 1mol B,在一定条件下发生反应: 2A(g)+2B(g) 3C(g)+D(g) 达到平衡后,测得 c(A)=0.8mol/L。 (1)若维持原条件不变,再向该容器中通入 1molA 和 1molB,则达到新平衡时,c(D) =_______。 (2)若按物质的量之比 3︰1 通入 C、D 的混合气体 x mol,维持第一次平衡的其他条 件不变,以 y 代表最终容器内 A 的物质的量,则 y=f(x)的函数表达式为___________。 7. 在一定温度下,向一个容积不变的容器中,通入 3mol SO2 和 2mol O2 及固体催化剂,使 之反应。2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ;Δ H=-196.6KJ/mol。平衡时容器内气体压 强为起始时的 90%。此时 (1)加入 3mol SO2 和 2mol O2 发生反应,达到平衡时,放出的热量为 。 (2)保持同一反应温度,在相同的容器中,将起始物质的量改为 amol SO2、bmol O2、 cmol SO3(g) ,欲使平衡时 SO3 的体积分数为 2/9, ①达到平衡时,⑴与⑵放出的热量 (填序号) 。 A 一定相等 B 前者一定小 C 前者大于或等于后者 ②a、b、c 必须满足的关系是 、 (一个用 a、c 表示,另一个用 b、c 表示) ③欲使起始时反应表现为向正反应方向进行,a 的取值范围是 。 (3)保持同一 反应温度,在相同的容器中,将起始物质的量改为 0mol SO2、0.5mol O2、3mol SO3,达到 平衡时,吸收的热量

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链接练习参考答案 B、C A、B C B CD (1)c(D)=0.2 mol/L (2)y=2/5x (1)98.3kJ (2)①C ②a+c=3 2b+c=4 ③2<a≤3 (3)196.6KJ


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