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化学等效平衡解题技巧


化学等效平衡解题技巧
一、概念 在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,同一可逆反应体系,不管是从正反应开始, 还是从逆反应开始,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量 (体积分数、物质 .... 的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡。 概念的理解: (1)外界条件相同:通常可以是①恒温、恒容,②恒温、恒压。 (2) “等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同

: “等效平衡”只要求平衡混合物中各 组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同。 (3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关,只要物料相当,就达到相同的平衡状态。 二、等效平衡的分类 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种: I 类:恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即△V≠0 的体系) :等 价转化后,对应各物质起始投料的物质的量 与原平衡起始态相同 。 .... .. II 类:恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即△V=0 的体系) :等 价转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例 与原平衡起始态相同,两平衡等效。 ....... III 类:恒温恒压下对于气体体系等效转化后,要反应物(或生成物)的物质的量的比例 ....... 与原平衡起始态相同,两平衡等效。 解题的关键,读题时注意勾画出这些条件,分清类别,用相应的方法求解。我们常采 用“等价转换”的方法,分析和解决等效平衡问题 三、例题解析 I 类: 在恒温恒容下,对于化学反应前后气体体积发生变化的可逆反应,只改变起始 加入物质的物质的量,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物 质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。 例 1:在一定温度下,把 2mol SO2 和 1mol O2 通入一定容积的密闭容器中,发生如下反 应, 2SO 2 ? O 2 2SO 3 ,当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。 现在该容器中维持温度不变,令 a、b、c 分别代表初始时加入的 SO 2、O 2、SO 3 的物质的 量(mol) ,如果 a、b、c 取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平 衡状态时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空: (1)若 a=0,b=0,则 c=___________。 (2)若 a=0.5,则 b=___________,c=___________。 (3)a、b、c 的取值必须满足的一般条件是___________,___________。 (请用两个方 程式表示,其中一个只含 a 和 c,另一个只含 b 和 c) 解析: (1)c=2 (2)b=0.25,c=1.5 (3)a+c=2 b+c/2=1(或 2b+c=2) 。 II 类: 在恒温恒容下,对于反应前后气体体积不变的可逆反应,只要反应物(或生成 物)的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效。 例 2:在一个固定容积的密闭容器中,保持一定的温度进行以下反应: 2HBr(g) 已知加入 1mol H2 和 2mol Br2 时,达到平衡后生成 a mol H 2 (g) ? Br(g) HBr(见下表已知项) ,在相同条件下,且保持平衡时各组分的体积分数不变,对下列编号 ①~③的状态,填写下表中的空白。

1

已知 H2 编号 ① ② ③ m 1 2

起始状态时物质的量 n(mol) Br2 2 4 HBr 0 0 1 g(g≥2m)

平衡时 HBr 的物质的量 n(mol) a

0.5a

解析: ①2a

②0mol、0.5mol

③ x ? 2(g ? 2m) 、 y ? a (g ? m) 。

III 类: 在恒温恒压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数之比换 算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,达到平衡后与原平衡等效。 例 3:如图所示,在一定温度下,把 2 体积 N2 和 6 体积 H2 通入一个带有活塞的容积可 变的容器中,活塞的一端与大气相通,容器中发生以下反应: N 2 ? 3H 2 2 NH3 (正反 应放热) ,若反应达到平衡后,测得混合气体的体积为 7 体积。据此回答下列问题:
N2 H2 2 体积 6 体积

保持上述反应温度不变,设 a、b、c 分别代表初始加入的 N2、H2 和 NH3 的体积,如果反 应达到平衡后混合气体中各气体的体积分数仍与上述平衡相同,那么:若 a=1,c=2, 则 b=_______。在此情况下,反应起始时将向____(填“正”或“逆” )反应方向进行。 解析:b=3、平衡逆向移动 例 4:恒温、恒压下,在一个容积可变的容器中发生如下反应: A(g) ? B(g) C( g ) (1)若开始时放入 1mol A 和 1mol B,达到平衡后,生成 a mol C,这时 A 的物质的量为 ________ mol。 (2) 若开始时放入 3mol A 和 3mol B, 达到平衡后, 生成 C 的物质的量为_________mol。 (3)若开始时放入 x mol A、2mol B 和 1mol C,达到平衡后,A 和 C 的物质的量分别 为 y mol 和 3a mol,则 x=________,y=________。平衡时,B 的物质的量_____(填编号) 。 (甲)大于 2mol (乙)等于 2mol (丙)小于 2mol (丁)可能大于、等于或小于 2mol (4)若在(3)的平衡混合物中再加入 3mol C,待再次达到平衡后,C 的物质的量分 数是___________。 例 5:如图所示,温度不变下某容器分隔成 A、B 两部分,A 容器固定不变,B 有可移 动的活塞,现在 A 中充入 2molSO2 和 1molO2,在 B 中充入 2 molSO3 和 1molN2,在相同条 件下发生可逆反应: 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),根据下列要求填空: (1)固定活塞位置在 3 处不动,达到平衡后,设 A 中压 强为 PA,B 中压强为 PB,则 PA 与 PB 的压强是 PA
3 2 1 0 1 2 3 4 5

A

B

PB (填“<” 、 “>” 、 “=”)。 处。 y

(2)若要使 A 中与 B 中平衡状态相同,可移动活塞的位置应在

(3)若活塞右移到 5 处,达到平衡后,B 中 SO3 为 x mol,A 中 SO3 为 y mol,则 x
2

的(填“<” 、 “>” 、 “=”),理由是



针对训练:
1、在 t℃时,向 2L 密闭容器中放入 1molA 和 1molB,发生下列反应: A(g)+B(g) C(g)+2D(g) ,平衡时 C 的含量为 m%,保持其他条件不变,若按下列

配比将物质放入容器中达到平衡时,C 的含量仍为 m%的是 ( ) A、2molA 和 1molB B、2molD 和 A、B、C 各 1mol C、1molC 和 2molD D、1molC 和 1molD 2、某温度下,在一容积可变的容器中,反应 2A(g) + B(g) 2C(g)达到平衡时,A、B 和 C 的物质的量分别为 4 mol、2 mol 和 4 mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三 者的物质的量做如下调整,可使平衡右移的是( ) A.均减半 B.均加倍 C.均增加 1 mol D.均减少 1 mol 3、在一恒温恒容密闭容器中,A、B 气体可建立如下平衡: 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 2mol;Ⅱ. C、D 的起始量分别为 2mol 和 6mol。下列叙述不正确的是: ( ) 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密度的 1/2 4、在恒温、恒压的条件下,向可变容积的密闭容器中充入 3LA 和 2LB,发生如下反应: 3A(气)+2B(气) xC(气)+yD(气)达到平衡时,C 的体积分数为 m%。若维持温度压 强不变,将 0.6LA 、0.4LB、4LC、0.8LD 作为起始物质充入密闭容器中,达到平衡时 C 的体 积分数仍为 m%,则 X、Y 的值分别为 ( ) A、x=3 y=1 B、x=4 y=1 C、x=5 y =1 D、x=10 y=2 5、 在一固定容积的密闭容器中充入 2molA 和 1molB, 发生反应: 2A(气)+B(气) xC(气), 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,按 0.6molA、0.3molB 和 1.4molC 为起始物质,达到平衡后,C 的体积分数仍为 W%,则 x 值为 ( ) A、1 B、2 C、3 D、4 6、在一个 1L 的密闭容器中,加入 2molA 和 1molB ,发生下述反应: 2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g)达到平衡时,C 的浓度为 1.2mol/L , C 的体积分数为 a% 。维持容器的体积和 温度不变,按下列配比作为起始物质,达到平衡后,C 的浓度仍是 1.2mol/L 的是( ) A、3mol C+1mol D B、1mol A +1.5mol C+0.5mol D C、1mol A+0.5mol B+1.5mol C D、4mol A+2mol B 7、在一个容积固定的密闭容器中充入 1molHI,建立如下平衡:H2(g)+I2 (g) 2HI(g) , 测得 HI 的转化率为 a%。其他条件不变,在上述平衡体系中再充入 1molHI,待平衡建立时 HI 的转化率为 b%,则 a、b 的关系为 ( ) A.a>b B.a<b C.a=b D.无法确定 8、一个真空密闭恒容容器中盛有 1molPCl5,加热到 200℃发生如下反应:

3

PCl5(g)

PCl3 (g)+Cl2 (g) ,反应达到平衡时,混合气体中 PCl5,所占体积分数为 M%, 。若同一温度的同一容器中,最初投入 2 molPCl5,反应达平衡时,混合气体中 PCl5, 所占体积分数为 N%。则 M 和 N 的关系是 ( ) (A) M>N (B) M=N (C) M < N (D)无法确定 9、已知甲为恒温恒压容器,乙为恒温恒容容器。两容器中均充入 2mol SO2、1mol O2,初始 时两容器的温度体积相同。一段时间后反应达到平衡,为使两容器中的 SO2 在平衡混合 物的物质的量分数相同,下列措施中可行的是 ( ) A.向甲容器中充入一定量的氦气 B.向乙容器中充入一定量的 SO3 气体 C.升高乙容器的温度 D.增大甲容器的压强 10、有两个密闭容器 A 和 B,A 容器内有一个移动的活塞能使容器内保持恒压,B 容器能保 持恒容。起始时向这两个容器中分别充入等量的体积比为 2:1 的 0 SO2 和 O2 的混合气体,并使 A 和 B 的容积相等。在保持 400 C 的条 件下使之发生如下反应:2 SO2+O2 2SO3。 (1)达到平衡时所需要的时间 A 容器比 B 容器 ,A 容 器中 SO2 的转化率比 B 容器 。 (2)达到(1)所述平衡后,若向两容器中通入数量不多的等 量氩气, A 容器化学平衡 移动, B 容器化学平衡 移动。 (3)达到(1)所述平衡后,若向两容器中通入等量的原反应气体,达到平衡时,A 容器 SO3 物质的量分数 ;B 容器中 SO3 的物质的量分数 。 (填增大、减小、不变) 11、向一体积不变的密闭容器中加入 2mol A、0.6molC 和一定量的 B 三种气体。一定条件 下发生反应,各物质浓度随时间变化如附图一所示。附图二为 t2 时刻后改变反应条件,平 衡体系中反应速率随时间变化的情况,且四个阶段都各改变一种不同的条件。已知 t3-t4 阶 段为使用催化剂;图一中 t0-t1 阶段 c(B)未画出。 v c mol· l-1
1.0 0.8 0.6 0.4 0.3 t0 c(A) c(C) c(B) v(正) v(逆)

t1
图一

t2

t

t1

t2

t3
图二

t4

t5

t6 。 。各

(1)若 t1=15min,则 t0-t1 阶段以 C 浓度变化表示的反应速率为 v(C) = (2)t4-t5 阶段改变的条件为 ,B 的起始物质的量为 阶段平衡时对应的平衡常数如下表所示: t1—t2 t2—t3 t3—t4 t4—t5 t5—t6 K1 K2 K3 K4 K5 ①K1= (保留两位小数) ; ②K1、K2、K3、K4、K5 之间的关系为 平衡,a、b、c 要满足的条件为

(用“>” 、 “<”或“=”连接) ; 。

(3)在相同条件下,若起始时容器中加入 a molA、bmolB 和 cmolC,要达到 t1 时刻同样的 答案:1.C 2.C 3.B 4.CD 5.BC 6.AB 7.C 8.C 9.AB 10.(1)短.大(2)逆.不(3)不变.增大
4


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