高中化学 第二章 化学反应速率与化学平衡 重难点十一 等效平衡（含解析）新人教版选修

系统掌握蕴含其中的马克思主义立场观点方法，要在系统学习、深刻领会、科学把握习近平教育思想上下功夫。精心组织开展学习宣传贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神知识问答活动。重难点十一 等效平衡1等效平衡的原理在一定条件(恒温、恒容或恒温、恒压)下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的物质的量分数(或体积分数)均相同，这样的化学平衡互称等效平衡2等效平衡的建立化学平衡状态的建立与条件(如浓度、温度、压强等)有关，而与建立平衡时的途径无关，因而同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时的条件(浓度、温度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡如常温常压下，可逆反应：2SO2 +O2 2SO32mol 1mol 00 0 2mol1mol 0.5mol1mol从正反应开始，从逆反应开始，从正、逆反应同时开始，由于、三种情况如果按方程式的化学计量数比折算成同一方向的反应物，对应各组分的物质的量均相等如将、折算为，因此三者为等效平衡。3等效平衡的规律（1）恒温、恒容条件下的等效平衡类：在恒温、恒容条件下，对于反应前后气体化学计量数不相等的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量，所得反应物(或生成物)的物质的量与原起始量对应相同，则两平衡等效简记：必须对应相同类：在恒温、恒容条件下，对于反应前后气体化学计量数相等的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量，所得反应物(或生成物)的物质的量之比与原起始量之比对应相同，则两平衡等效简记：对应成比例（2）恒温、恒压条件下的等效平衡在恒温、恒压条件下，对于反应前后气体化学计量数任意性的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量，所得反应物(或生成物)的物质的量之比与原起始量之比对应相同，则两平衡等效简记：对应成比例【重难点指数】 【重难点考向一】恒温恒容条件下，反应前后气体化学计量数不相等的可逆反应【例1】在一密闭的容器中充入2molA和1molB发生反应：2A(g)+B(g)xC(g)，达到平衡后，C的体积分数为w%；若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A：0.6mol、B：0.3mol、C：1.4mol充入容器，达到平衡后，C的体积分数仍为w%，则x的值为()A只能为2 B只能为3 C可能为2，也可能为3 D无法确定【答案】C【重难点点睛】考查化学平衡计算、等效平衡等，难度中等，理解等效平衡规律：1、恒温恒容，反应前后气体体积不等，按化学计量数转化一边，对应物质满足等量；反应前后气体体积相等，按化学计量数转化一边，对应物质满足等比；2、恒温恒压，按化学计量数转化一边，对应物质满足等比；恒温恒容下，开始充入2molA和1molB与开始充入0.6molA、0.3molB和1.4molC达到平衡后，C的体积分数为w%，说明为完全等效平衡，按化学计量数转化到左边，满足n(A)=2mol、n(B)=1mol，据此解答。【重难点考向二】 恒温恒容条件下，反应前后气体化学计量数相等的可逆反应【例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%其它条件不变时，若按下列四种配比作为起始物质，平衡后A的体积分数小于a%的是()A2mol C B2mol A、1mol B和1mol He(不参加反应)C1mol B和1mol C D2mol A、2mol B和3mol C【答案】C【解析】反应2A(g)+B(g)3C(g)中，气体的体积前后相同，在一定温度下，在恒容密闭容器中得到平衡状态，只要满足物质全部转化为A、B，且满足n(A)：n(B)=1：1，则:A.2molC相当于4/3molA和2/3molB，二者的比值为2：1，大于1：1，则平衡后A的体积分数大于a%，故A错误；B.2molA、1molB和1molHe(不参加反应)，n(A)：n(B)=2：1，大于1：1，则平衡后A的体积分数大于a%，故B错误；C.1molB和1molC，相当于2/3molA和4/3molB，n(A)：n(B)=1：2，小于1：1，则平衡后A的体积分数小于a%，故C正确；D.2molA、2molB和3molC，相当于4molA和3molB，二者的比值为4：3，大于1：1，则平衡后A的体积分数大于a%，故D错误；故选C。【名师点睛】考查等效平衡问题，反应2A(g)+B(g)3C(g)中，气体的体积前后相同，在一定温度下，在恒容密闭容器中得到平衡状态，只要满足物质全部转化为A、B，且满足n(A)：n(B)=1：1，即可得到相同平衡状态，结合浓度对平衡移动的影响进行判断。【重难点考向三】 恒温恒压条件【例3】将3molA和1molB混合于一体积可变的密闭容器P中，以此时的温度、压强和体积作为起始条件，发生了如下反应：3A(g)+B(g)2C(g)+D(g)，达到平衡时C的浓度为w mol/L保持温度和压强不变，按下列四种配比充入容器P中，平衡后C的浓度仍为w mol/L的是()A6molA+2molB B3molA+1molB+2molC C2molC+1molB+1molD D1molC+2molD【答案】A【名师点睛】考查等效平衡的判断及应用，注意明确常见的等效平衡规律，在恒温恒压条件下，两个平衡中C的百分含量不变，说明两个反应为等效平衡，按照化学计量数将各选项中各物质的物质的量转化成A和B，只要满足n(A)：n(B)=3mol：1mol=3：1即可。【重难点考向四】等效平衡的建立【例4】在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：H2(g)+I2(g)2HI(g)已知起始时加入1mol H2和2mol I2(g)，当达到平衡时H2的体积分数为下列四种情况分别投入上述容器，且始终保持原温度，平衡时H2的体积分数也为的是()A2 mol H2(g)和1 mol I2(g) B3 mol HI(g) C2 mol H2(g)和2 mol I2(g) D1 mol I2(g)和2 mol HI(g) 【答案】D【名师点睛】考查两边计量数相等的等效平衡判断，理解等效平衡规律是解题的关键，等温等容条件下，对于反应前后气体物质的量不变的反应，经过等价转化只要最初加入的物质的量之比与原平衡相等，就会建立等效平衡，平衡时各物质的体积分数相同，由此分析解答。1在恒温恒容条件下，将4molA和2molB放入一密闭容器中2A(g)+B(g)2C(g)+D(s)，达到平衡时，C的体积分数为a；在相同条件下，按下列配比分别投放A、B、C、D，达到平衡时，C的体积分数不等于a的是()A4mol、2mol、0mol、2mol B2mol、1mol、2mol、2mol C2mol、1mol、2mol、1mol D2mol、1mol、0mol、1mol 【答案】D【解析】A.4mol、2mol、0mol、2mol，D是固体不考虑，相当于加入了4molA、2molB，两个平衡为完全等效平衡，达到平衡时C的体积分数仍为a，故A错误；B.2mol、1mol、2mol、2mol，固体剩余无影响，按照化学计量数转化成反应物，相当于加入了4molA、2molB，两个平衡为完全等效平衡，达到平衡时C的体积分数仍为a，故B错误；C.2mol、1mol、2mol、1mol，按照化学计量数转化成反应物，相当于加入了4molA、2molB，两个平衡为完全等效平衡，达到平衡时C的体积分数仍为a，故C错误；D.2mol、1mol、0mol、1mol，D是固体不考虑，相当于加入了2molA、1molB，与原反应中4molA、2molB不互为等效平衡，达到平衡时C的体积分数不等于a，故D正确；故选D。【名师点睛】保持温度、容器容积不变条件下，按照一定的配比将物质放入容器中，达平衡时C的体积分数为a的，说明新的平衡与原平衡为等效平衡；只要按照化学计量数将各物质转化成反应物，满足n(A)=4mol、n(B)=2mol，则两个平衡互为完全等效平衡，则达到平衡时C的体积分数为a；否则达到平衡时，C的体积分数不等于a。2如图所示，隔板固定不动，活塞可自由移动，M、N两个容器中均发生反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-192kJmol-1向 M、N 中，都通入 xmol N2 和ymol H2的混合气体，初始M、N容积相同，保持温度不变下列说法正确的是()A若x：y=1；2，则平衡时，M中的转化率：N2H2 B若x：y=1：3，当M中放出热量172.8kJ时，N2的转化率为90% C若x=1，y=3，则达到平衡时反应物的转化率NM D平衡时N2气体在两容器中体积分数可能相等 【答案】CD【解析】M容器保持恒容，N容器保持恒压，由于反应前后的气体系数和不等，所以两个平衡态也不一样，A、x：y=1：2，即y=2 x，设反应中消耗掉amoN2l，则： N2(g)+3H2(g)2NH3(g)初始(mol)：x 2x 0 变化(mol)：a 3a 2a故N2的转化率=a/x，H2的转化率=3a/2x，则平衡时，M中的转化率：N2H2，故A错误；B、题目中热化学方程式的意义：若1moN2l完全反应，放热192 kJ，当M中放出热量172.8kJ时，参加反应的N2的物质的量为1mol=0.9mol，故N2的转化率为，故B错误；C、x=1，y=3，由于反应后气体体积减小，N容器建立的平衡相当于恒温恒容下建立的平衡减小容器体积，压强增大，平衡正向移动，达到平衡后的转化率关系为：(M)(N)，故C正确；D、要让M、N中平衡时A的体积分数一样，那么只能是M或N中，反应前后不论限度多少，A的体积分数始终为定值，假定反应的A为zmol，则：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始：xy 0反应：z3z2z平衡：x-z y-3z 2z故平衡时N2的体积分数为，N2的体积分数始终为定值，则x=y，即x=y时，平衡时N2气体在两容器中体积分数相等，故D正确；故选CD。3向一固定体积的密闭容器中通入amolN2O4气体，在密闭容器内发生反应：N2O4(g)2NO2(g)，达到平衡时再通入amolN2O4气体，再次达到平衡时，与第一次达平衡时相比，N2O4的转化率()A不变 B增大 C减小 D无法判断 【答案】C【名师点睛】考查化学平衡的移动，关键是等效平衡途径的构建，达到平衡时再通入amolN2O4气体，恒温恒容条件下，投料等比增加同增压，根据压强变化对平衡移动的影响来回答。4在一固定体积的密闭容器中加入2molA和1molB发生反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)，达到平衡时C的浓度为wmolL-1，若维持容器的体积和温度不变，按下列四种配比方案作为反应物，达平衡后，使C的浓度仍为wmolL-1的配比是()A4 mol A+2 mol B B3 mol C+1 mol D+2mol A+1 mol B C3mol C+1 mol D+1 mol B D3 mol C+1 mol D 【答案】D【解析】A等效为在原平衡的基础上压强增大一倍到达的平衡状态，与原平衡相比平衡向逆反应方向移动，C的物质的量减小大于混合气体总物质的量减小，故C的物质的量百分含量降低，故A错误；B等效为开始加入4molA+2molB，进一步等效为在原平衡的基础上压强增大一倍到达的平衡状态，与原平衡相比平衡向逆反应方向移动，C的物质的量减小大于混合气体总物质的量减小，故C的物质的量百分含量降低，故B错误；C等效为开始加入2molA+2molB，相当于在原平衡的基础上在加入1molB，平衡向正反应方向移动，故C的物质的量百分含量增大，故C错误；D等效为开始加入2molA+1molB，与原平衡为完全等效平衡，C的物质的量百分含量不变等于w，故D正确，故选D。5(双选)Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，该反应的平衡常数K=64，在1L恒容密闭容器甲和乙中，甲中加有四种物质各1mol，乙中加有Fe2O3，Fe，CO2各1mol，CO 2mol达平衡后，两容器中不等的是()A用CO表示反应速率 B平衡混合气体的平均相对分子质量 CCO的转化率 DCO2的体积分数 【答案】AC【解析】可逆反应Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)的平衡常数K=64，整理可得：，即达到平衡时二氧化碳和CO的浓度之比相等，则混合气体中二氧化碳的体积分数、混合气体的平均分子质量一定相等，故B、D错误；由于乙中CO浓度大于甲，则甲中反应速率加快，所以甲和乙中用CO表示反应速率不相等，故A正确；设达到平衡时甲消耗CO的物质的量为x，乙中消耗CO的物质的量为y，则：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)起