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等效平衡知识点的透析及其应用


等效平衡知识点的透析及其应用
化学平衡是中学化学的重要内容, 也是高考的必考内容, 利用等效平衡解 决问题是一种重要的化学方法。化学平衡中的等效平衡在高考出现的比率较 高,也是考生难以克服的难点之一。为此,将对等效平衡原理的建立、条件、 类型及应用作以阐述。 等效平衡的分类、建立的条件及结果 反 应 条 件 分类 分 类 情 况 恒温、恒容 反应前后气体分子数 不相等

A ( g ) +B(g ) c(g) Ⅰ 恒温、恒压

反应前后气体分子数相等 所有气体可逆反 A(g)+B(g ) 2 c(g) 应





产物按可逆反应方程 产物按可逆反应方程式的 产物按可逆反应 式的计量系数全“倒 计量系数全“倒推”算为 方程式的计量系 建立等 效平衡 的条件 推” 算为反应物时, 同 一物质的初始加入量 两种情况下安全相同 .... 时所建立的两个平衡, 等效。 (此实质上是完 全相同的平衡) 反应物时,反应物的物质 .. 的量之比在两种情况下完 ........... 全相同时所建立的两个平 ... 衡等效。 如第二种情况下 ( 反应物的物质的量之比是 第一种情况下反应物物质 的量之比的 n 倍) 相同,n、c 同比例变化: 两次平衡时气体的密度 ρ 不一定相同,同种物质的 反应速率 V 也不一定相 同。 数全“倒推”算 为反应物时,反 应物的物质的量 之比在两种情况 下完全相同时所 建立的两个平 衡,等效。 分百分量、c 相 同,n 同比例变 化:两次平衡时 气体的密度 P 相 同,同种物质的 反应速率 V 相 同。

两次平衡时各组分百 两次平衡时各组分百分量 两次平衡时各组 分量、n、c 均相同: 两次平衡时气体的密 度 ρ 相同, 同种物质的 反应速率 V 相同。

结果

注:等效平衡的口诀可概括为:等压比相同;等容量相同:若系数(气 体系数)不变,可为比相同。
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三、等效平衡在解化学平衡试题中的应用 1、求不同起始状态的各物质的物质的量 例 1.如维持温度不变,在一容积不变的容器中加入 2molSO2,1mo1O2, 发生下列反应: 2SO2(g)+O2(g) ,若平衡时,SO3 的物质的量浓度为 a mo1/L。如果改变开 始时的投料情况,并用 a 表示 SO2 的物质的量;b 表示 O2 的物质的量;c 表示 SO3 的物质的量,但是仍然要求平衡时 SO3 的物质的量浓度为 a mo1/L,则填 写下列空格: (1) a=0,b=0,则 c= 若 ; 若 a=0.5, b= (2) 则 , c= ; (3)写出 a、b、c 应满足的关系式(请用两方程式表示,其中一个只含 a、 和 c,另一个只含 b 和 c) : 、 。 解析:根据题意为等温、等容条件下的等效平衡,满足按方程式计量数 关系换算成 SO2 和 O2 的物质的量与原来起始加入 SO2 和 O2 的物质的量相等。 因此应满足 a+c=2,2b+c=2,由此可得(1)中 c=2,(2)中 b=0.25,c=1.5。 [思考]若将上述问题中的容积固定容器改成压强不变容器,同样回答上述 问题(第 3 小问括号内文字去掉) ,则情形又如何?(参考答案:①c>0;②b =0.25,c≥0;③a:b=2:1,c≥0 或 a=b=0,c>0) 2、等效平衡的判定 例 2.在一恒温恒压密闭容器中, B 气体可建立如下平衡: A、 2A(g) +2B(g) C(g)+3D(g)现分别从两条途径建立平衡:Ⅰ.A、B 的起始量均为 2mo1; Ⅱ.C、D 的起始量分别为 2mo1 和 6mo1。下列叙述正确的是: ( ) A、Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时,体系内混合气体的百分组成相同 B、Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时,体系内混合气体的百分组成不同 C、达到平衡时,途径 Ⅰ的和途径Ⅱ体系内混合气体平均相对分子质量 相同 D、达到平衡时,途径 Ⅰ的气体密度为途径Ⅱ的 1/2 解析:化学平衡的建立与反应途径无关,Ⅱ可等同于 A、B 的起始量均为 4mo1 的情形(将Ⅱ进行极值转换 2mo1 和 6mo1D 完全反应转化为 4mo1A, 4mo1B) 。
2mo1A 2mo1B 已达平衡 T、P 一定 加入 2mo1A2mo1B 2mo1A 2mo1B 已达平衡

加入 2mo1A、2mo1B 体积为 VL,恒温恒压时,再加入 2mo1A、2mo1B 体积
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则变为 2VL,可见,A、B 的起始量为 4mo1 时就相当于是两个 A、B 的起始 量均为 2mo1 在同等条件下的叠加,平衡时,各同种物的浓度相同,转化率相 同,平均摩尔质量和密度也相同。故选 A、C 选项。 3、化学平衡移动方向的判断 例 3.某温度下,在一容积可变的容器中,反应 2A(g)+2B(g) 2C (g)达到平衡时,A、B 和 C 的物质的量分别为 4mo1、2mo1 和 4mo1。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 1mo1 D.均减少 1mo1 解析: 在等温等压条件下, 把加入的物质按照反应方程式的化学计量数转 化为反应物或生成物,物质的量之比保持一致即为等效平衡,选项 A、B 中三 者比例为 2:1:2,与题中比例一致,为等效平衡,平衡不移动。C 可设想为 两步加入,第一次加入 1molA、0.5mo1B、1mo1C,此时平衡不移动,第二次 再加入 0.5mo1B(此法与一次性各加入 1mo1 等效) ,增加了反应物浓度,平 衡右移。D 中均减少 1,也可设想作两步:先将 A 减少 1mol、B 减少 0.5mo1、 C 减少 1mo1,此时平衡不移动。现将 B 减少 0.5mo1,降低了反应物浓度,平 衡左移。答案为 C 选项。 4、同一反应不同起始状态达到平衡时某物质的转化率(或体积分数)比 较 例 4.体积相同的甲、乙两个容器中,甲中装有 SO2 和 O2 各 1g,乙中装有 SO2 和 O2 各 2g,在相同温度下发生反应:2 SO2+O2 2 SO3,并达到平衡。 在这过程中, 若甲容器中 SO2 的转化率为 p%, 则乙容器中 SO2 的转化率 ( ) A、等于 p% B、大于 p% C、小于 p% D、无法判断 解析: 此题若应用过程假设和等效平衡原理就简单多了, 其变化过程假设 如下图所示: 1L.T.P SO2 02 1g 1g 2L.T. P SO2 2g O2 2g 1L.T.P SO2 1 g O2 2g

平衡 1 平衡 2 平衡 3 平衡 1 和平衡 2 为等效平衡,各物质的含量、转化率相等。平衡 2 衡 3 为加压过程,平衡向右移动,各物质的含量、转化率增大,即乙容器
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中 SO2 的转化率大于 p%,故选 B 选项。 5、等效平衡知识的综合应用 例 5.I.恒温、恒压下,在一个可变容积的容器中发生如下反应 A(气) +B(气) C(气) (1)若开始时放入 1mo1 A 和 1mo1 B 达到平衡后,生成 a mo1 c,这时 A 的物质的量为 mo1。 (2)若开始时放入 3 mo1 A 和 3mo1 B,到达平衡后,生成 C 的物质的 量为 mo1。 (3)若开始时放入 xmolA、2mol B 和 1 mo1 C,到达平衡后,A 和 C 的 物质的量分别是 y mo1 和 3amo1,则 x= mo1,y= mo1。平 均时,B 的物质的量 (选填一个编号) 。作出此判断的理由 是 。 (甲)大于 2mo1(乙)等于 2mo1(丙)小于 2mo1(丁)可能大于、等 于或小于 2mo1。 (4)若在(3)的平衡混合物中再入 3 mo1 C,等再次到达平衡后,C 的 物质的量是 。 Ⅱ若维持温度不变,在一个与(1)反应前起始体积相同、且容积固定的 容器中发生上述反应。 (5)开始时放入 1 mo1 A 和 1 mo1 B 到达平衡后生成 b mo1 C。将 b 与 (1)小题中的 a 进行比较 (选填一个编号)(甲)a<b (乙) 。 a>b (丙)a=b (丁)不能比较 a 和 b 的大小;作出此判断的理由 是 。 解析:此题的题设条件,满足等效平衡分类中Ⅲ的情况, (1)可直接计算 A 的物质的量为(1-a)mo1; (2)由于 A、B 的物质的量是(1)中 A、B 物 质的量的三倍,生成 C 的物质的量也应是三倍,即 3a mo1;由于(3)中反应 达到平衡时 C 的物质的量是 3 a mo1,故相当于初始加入 A、B 各 3mo1,应 有(x +1=3),x 为 2;平衡时,A 的物质的量也是(1)中的三倍。即 3(1-a) 。 B 的物质的量决定于平衡时 C 的物质的量 3a mo1 与初始加入 C 的物质的量 1 mo1 的关系。 (4)所述条件下建立的平衡与(1)等效,故 C 的物质的量分 数与(1)等同,为 a/(2-a) 。 答案: (1-a)(2)3a, (1) , (3)2,3-3 a,丁,若 3a>1,B 的物质的量 小于 2 mo1;若 3a=1,B 的物质的量等于 2 mo1;若 3a<1,B 的物质的量大 于 2 mo1。
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(4)a/(2-a)(5)乙 ;

因为(5)小题中容器容积不变,而(1)小题

中容器的容积缩小,所以(5)小题的容器中的压力小于(1)小题容器中的压 力,有利于逆向反应,故反应达到平衡后 a >b。

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