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高中化学等效平衡123


等效平衡 化学平衡图像题

1

一、等效平衡的概念

相同温度、 相同容积 相同温度、相同压强

对于同一可逆反应,当外界条件一定时, 该反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始, 或是正逆反应同时进行,只要反应物或生成物 满足一定的配比,达平衡时,任何相同的组分 的百分含量(体积、物质的量)均对应

相同, 这样的化学平衡互称为等效平衡。
研究等效平衡的方 法是:等效转换 等效平衡的 基本标志
2

规律

1、定温(T)定容(V)条件下的等效平衡 在定温定容的条件下,对于反应前 后气体分子数改变的可逆反应,只改变 起始加入物质的物质的量,如通过可逆 反应的化学计量数比换算成同一边物质 的物质的量与原平衡相同,则两平衡等 效.
3

例 1 在 一 个 固 定 体 积 的密闭 容 器中 , 加 入 2molA和2molB,发生如下反应:
2A(气)+ 2B(气) 3C(气)+ D(气), 达到平衡时, C 的浓度为 Wmol/L, 若维持容器体 积和温度不变 , 按下列配比作为起始物质达到平 衡后,C的浓度仍为Wmol/L的是( C ) A 2molA+1molB+3molC+1molD B C 3molC+1molD+1molB 3molC+1molD
4

D 1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD

2A(g)+ 2B(g)

3C(g)+ D(g)

2mol
A 2mol 4mol B 0mol 2mol C D 0mol 1mol 2mol

2mol
1mol 3mol 1mol 3mol 0mol 0.5mol 1.5mol

0mol
3mol 0mol 3mol 0mol 3mol 1.5mol 0mol

0mol
1mol 0mol 1mol 0mol 1mol 0.5mol 0mol
5

等效平衡中常见比较的几个量 m+n≠p+q 等温等体积 等温等压 两平衡中各量的关系 n%(v%) 相 等 相 等 相 等 相 等 浓度 n 成比例 相 等 相 等 相 等 密度 相 等 M 相 等

6

规律

2、定温(T)定压(P)条件下的等效平衡 在定温定容的条件下,对于反应前 后气体分子数不变的可逆反应,只改变 起始加入物质的物质的量,如通过可逆 反应的化学计量数比换算成同一边物质 的物质的量比例与原平衡相同,则两平 衡等效.
7

例 1 在一个 压 强恒定 的密闭容器中,加入 2molA和2molB,发生如下反应:
2A(气)+ 2B(气) 3C(气)+ D(气), 达到平衡时, C 的浓度为 Wmol/L, 若维持容器体 积和温度不变 , 按下列配比作为起始物质达到平 衡后,C的浓度仍为Wmol/L的是( ) A 2molA+1molB+3molC+1molD B C 3molC+1molD+1molB 3molC+1molD
8

D 1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD

2A(g)+ 2B(g)

3C(g)+ D(g)

2mol
A 2mol 4mol B 0mol 2mol C D 0mol 1mol 2mol

2mol
1mol 3mol 1mol 3mol 0mol 0.5mol 1.5mol

0mol
3mol 0mol 3mol 0mol 3mol 1.5mol 0mol

0mol
1mol 0mol 1mol 0mol 1mol 0.5mol 0mol
9

等效平衡中常见比较的几个量 m+n≠p+q 等温等体积 等温等压 两平衡中各量的关系 n%(v%) 相 等 相 等 相 等 相 等 浓度 n 成比例 相 等 相 等 相 等 密度 相 等 M 相 等

10

等效平衡中常见比较的几个量
m +n=p+q 等温等体积 等温等压 两平衡中各量的关系 n%(v%) 相等 相 等 成比例 相 等 浓度 n 成比例 成比例 成比例 相 等 密度 相 等 M 相 等

11

二.等效平衡的分类
条件 恒T、 V 恒T、 P 反应特征 等效标志 转化方法 内在关系

m+n≠p+q

各种量完 (1)逆推还 等量 等效 才 全相等或 原法或归 零法 等比 等 m +n=p+q 成比例 (2)模拟容 效 即 器法

说明:1.各种量相等或成比例是这些量:体积分数、质量分数、浓 度、物质的量、密度、平均摩尔质量; 2.在恒温恒容条件下,各种量都完全相同,故也称”等同平衡” 3.在恒温恒容下,若反应为等体积变化,只要等比即等效,但如果给 出的 是 相等,这时就必须为等量才等效 4.对于等体积反应,不管是恒温恒容或恒温压,只要等比即等效

标志 浓度

12

2SO2 (g)+O2 (g) SO2 a mol

2SO3(g) SO2 K a mol

SO2 a mol O2 b mol

O2

b mol

O2

kb mol

SO3 c mol

SO3 c mol

SO3 kc mol

平衡状态(Ⅰ)

平衡状态(Ⅱ)

平衡状态(Ⅲ)

等同平衡

倍比平衡
13

问题一:恒温恒压条件下等效平衡
恒温 恒压

2SO2 (g)+O2 (g)

2SO3(g)

起始①(mol) 平衡①(mol) 起始②(mol)

2 x 4

1 y 2 2y ?

0 z 0 2z ?

平衡②(mol) 2x?

14

起始①

恒温、恒压下按倍数加料 2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3(g)
SO2 2 mol O2 1 mol SO3 0 mol SO2 xmol O2 ymol SO3 zmol

V
起始②

平衡①
SO2 2 mol O2 1 mol SO3 0 mol SO2 2 mol O2 1 mol SO3 0 mol

2V

SO2 xmol SO SO 2 xmol 2 2x mol O2 ymol O 2 O2 ymol 2y mol SO3 zmol SO SO 3 zmol 3 2z mol

平衡②

15

问题二:恒温恒容条件下等效平衡
恒温 恒压

2SO2 (g)+O2 (g)

2SO3(g)

起始①(mol) 平衡①(mol) 起始②(mol)

2 x 4

1 y 2 2y ?

0 z 0 2z ?

平衡②(mol) 2x?

16

恒温、恒容下按倍数加料
2SO2 (g)+O2 (g)
起始①
SO2 2 mol O2 1 mol SO3 0 mol

2SO3(g)
平衡状态① 充入瞬时态
SO2 2x mol O2 2y mol
SO3 2z mol

SO2 x mol O2 y mol
SO3 z mol

SO2 2 mol O2 1 mol SO3 0 mol

SO2 x mol O2 y mol
SO3 z mol

?

起始②
SO2 2 mol O2 1 mol SO3 0 mol SO2 x mol O2 y mol

充入

相当 于加压

缩积方 向移动
平衡状态②
17

SO3 z mol

[思考]在恒温恒容下,按不同的投料方式进行反应 平衡后各体系内相同组分浓度是否对应相同 ?

1、 (1) (2)

N2 + 1mol 0mol

3H2 4mol 1mol

2NH3 0mol 2mol

1mol
(3) 0.5mol

(3+1)mol
2.5mol

0mol
1mol
18

(0.5+0.5)mol (2.5+1.5)mol 0mol 三条途径最终达同一平衡

2、
(1)

CO(g) + H2O(g)
1mol 1mol

CO2(g) + H2(g)
0 mol 0 mol

(2)

0 mol

0 mol
2 mol

2 mol
0 mol

2 mol
0 mol

“一边倒” 2 mol

(3)

0 mol

1 mol 2 mol

1 mol 0 mol

1 mol 0
19

“一边倒” 1mol mol

例2:一定温度下,往一固定容积密闭容器中, 通入1molNO2发生如下反应: 2NO2(g) N2O4(g),达平衡时,再向容 器内通入1mol的NO2,重新达平衡后,与第 一次平衡时相比,NO2的体积分数( C ) A、不变 B、增大 C、减小 D、无法判断 思考:如果达平衡时,再向容器内通入的是 1mol N2O4(g),结论又如何呢?
20

例3 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( B C) A、 1 B、2 C、3 D、4
21

例4 在一定温度下,把 2molSO2和1molO2通入一个一 定容积的密闭容器中,发生以下反应: 2SO2+O2 2SO3,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。现维持该温度不变,令a、b、 c 分别代表初始加入的 SO2 、 O2 和 SO3 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,才能保证达到平衡时反应混合物中三种气体的含量仍 跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白: (1)若a=0,b=0,则c= 2 。 (2)若a=0.5,则b= 0.25 ,c= 1.5 。

(3)a、b、c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): a+c=2 , b+c/2=1 。 22

C D A. 2mol SO +1 molO
2

例5 将2molSO2和2molSO3 气体混合于固定 体积的密闭容器中,在一定条件下发生反应: 2SO2(气)+O2(气) 2SO3 (气),平衡时 SO3为n mol。相同温度下,分别按下列配比 在相同体积的密闭容器中加入起始物质,平 衡时SO3的物质的量大于n mol的是( )
2

B. 4molSO2+1molO2 C. 2molSO2+1molO2+2molSO3 D. 3molSO2+1molO2+1molSO3
23

规律

2、定温(T)定压(P)条件下的等效平衡 在定温定容的条件下,对于反应前 后气体分子数不变的可逆反应,只改变 起始加入物质的物质的量,如通过可逆 反应的化学计量数比换算成同一边物质 的物质的量比例与原平衡相同,则两平 衡等效.
24

例6、在一定温度下,把2体积N2和6体积H2通入一 个带活塞的体积可变的容器中,活塞的一端与大 气相通(如图所示)。容器中发生以下反应: N2+3H2 2NH3(放热),若达到平衡后,测得混 合气体的体积为7体积。据此回答下列问题: (1)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 平衡时,各物质的百分含量和体积与上述平衡时 完全相同,那么
①若a=1,c=2,则b= 3 。在此情况下,反 逆反应 应起始时将向 _______方向进行。
2体积N2 6体积H2

大气

25

例6、在一定温度下,把2体积N2和6体积H2通入一个带活塞的体 积可变的容器中,活塞的一端与大气相通(如图所示)。容器 中发生以下反应:N2+3H2 2NH3(放热),若达到平衡后,测 得混合气体的体积为7体积。据此回答下列问题: (1)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,如果反应达到平衡时,各物质的百分含量和体 积与上述平衡时完全相同,那么 ②若需规定起始反应向逆方向进行,则C的范围是1<C(c)≤4 。 (2)在上述装置中,若需控制平衡后混合气体为6.5体积,则 可采取的措施是_____________ 理由是 。 降温 降温平衡正向移动

2体积N2 6体积H2

大气
26

例 7 : 如图所示,向 A 中充入 1mol X 和 lmo1 Y,向B中充入2mol X和2mol Y,起 始 Va=Vb=a L ,在相同温度和有催化剂的 条件下,两容器中各自发生下列反应: X(g)+Y(g) 2Z(g)+W (g); △H >0, 达到平衡时,VA=1.2aL。则:

(1) 反应开始时, B 容器中化学反应速率 大于 _______A 容器中的化学反应速率 ( 填“大 于”、“小于”或“等于”);

27

例 7 : 如图所示,向 A 中充入 1mol X 和 lmo1 Y,向B中充入2mol X和2mol Y,起 始 Va=Vb=a L ,在相同温度和有催化剂的 条件下,两容器中各自发生下列反应: X(g)+Y(g) 2Z(g)+W (g); △H >0, 达到平衡时,VA=1.2aL。则: (2)A容器中X的转 40% 化率为________ , 大于 且 A 容器中 X 的转化率 ________B 容器 中X的转化率;(填“大于”、“小于” 或“等于”);
28

例 7 : 如图所示,向 A 中充入 1mol X 和 lmo1 Y,向B中充入2mol X和2mol Y,起 始 Va=Vb=a L ,在相同温度和有催化剂的 条件下,两容器中各自发生下列反应: X(g)+Y(g) 2Z(g)+W (g); △H >0, 达到平衡时,VA=1.2aL。则: (3)打开K一段时间 达到新平衡时 ,A的体积为____________ (连通管中气体体积不计) 。
29

X(g)+Y(g)

2Z(g)+W (g); △H >0,

起始: 1molX,1molY A 平衡: A

2molX,2molY B

B

3.6aL (3) 打开 K 一段时间达到新平衡时, A 的体积为 2.6aL ____________( 连通管中气体体积不计) 。
30

二、有关平衡的图像 ⑴分析方法和技巧

做到三看: 一看:坐标的含义 二看:曲线的形状和走向 三看:曲线的起点、拐点和终点 ⑵图像的类别
①时间与速率、浓度、物质的百分含量、混合气 体的密度、混合气体的平均摩尔质量、物质的物 质的量等等 ②温度与物质的平衡浓度、反应物的转化率等

③压强与物质的平衡浓度、反应物的转化率等
31

看图:化学平衡向什么方向移动?

V
V正 V逆

答:逆反应 答: 平衡向 开始。 正反应方向移 平衡向正 动。 反应方向移 动。

时间
32

2A(g) + B(g)
C%

2C(g) P1 T2 P1 T1 P2 T1 P1 P2

正反应是吸 热反应.

0

t
33

浓度——平衡——时间曲线

mA(g)+nB(g)
浓 度

pC(g)+qD(g)+Q 此图在t2时,如果是加热,那 C

么Q值是大于0,还是小于0? 如果是减压,那么m+n与p+q的 关系如何?

A或 B

0

t1 t2 t3

时间
34

练 习

1、下图是在其它条件一定时,反应2NO+O2 2NO2+ Q(Q>0)中NO 的最大转化率与温度的关 系曲线。图中坐标有A、B、C、D、E 5点,其中表 示未达平衡状态且V正>V逆的点是 。 NO 转 化 率

B

A

C点

E D
T
35

C
0

2、如图所示,图中a曲线表示X(g) +Y(g) 2Z(g)+ W(s)+ Q的反应过程,若使a曲线变为b 曲线,可采取的措施是(AD )

Z%

A. 加入催化剂 B. 增大Y的浓度 C. 降低温度 D. 增大体系压强

b
0

a
t

36

图像题:3对于放热反应 2A(g) +B(g) 2C(g)的下列图像正确的是( A )
C%

v
100℃ 500℃

v正

v逆 t B
A的转化率

A c(C)
有催化剂
无催化剂

P

100℃
10℃

C

t

D

P

37

4 对于达到平衡的可逆反应: X+Y

图象题

W+Z 增

大压强则反应速率的变化图象如右下图所示。 据此分析 X、Y、W、Z的聚集状态是 ( B )
A.Z、W均为气态,X、Y中有一种为气体
B. Z、W中有一种为气体,X、Y均为气体 C. X、Y、Z均为非气体,W 为气体
v
V(正)

D. X、Y均为气体,Z、W 皆为非气体
V(正) V(逆) V(逆) 38

图象题
5 已知某可逆反应: m A(气)+ n B(气) p C (气)+ Q 在密闭容器中进行,右图表示在不同反应时 间t 时 ,温度T和压强 p和反应物B在混合气体 中的百分含量B%的关系曲线。由曲线分析,下 列判断正确的是( C )
B%

A.T1﹤ T2 p1﹥p2 m+n﹥p Q﹥0 B. T1﹤T2 p1﹥p2 m+n﹥p Q﹤0

T1 P2 T2 P2 T2 P1

C. T1﹤T2 p1﹤p2 m+n﹤p Q ﹤ 0
D. T1﹥T2 p1﹤p2 m+n﹤p Q﹥0
0 t1 t2 t3

t
39

图象题
6 已知反应:3A( g ) + B( g ) C( s ) + 4D( g ) + Q 下图中a、b 表示一定条件下,D的体积分数随时 间t的变化情况,若要使曲线b 变为曲线 a,可采取 的措施是( D ) ①增大 B 的浓度
D%

②升高反应温度
③缩小反应容器的体积

a

b 时间 t

④加入催化剂

A. ①②

B. ①③

C. ②③

D. ③④

40

图象题
7、m A(固)+ n B(气) p C (气)+ Q 上述可逆反应在一定条件下反应,B的体积分数 B%与压强的关系如右图所示,有关叙述正确的 是( C ) n p B% A. m + n p B. n p C. x点的状态时混合体系中 v 正 v逆 D. x 点的状态比 y点的状态 混合体系中的反应速率快
? x ?y 压强

41


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