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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 （包括“相同的平衡状态”）。 概念的理解： （1）外界条件相同：通常可以是恒温、恒容，恒 温、恒压。 （2）“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同： “完全相同的平衡状态” 是指在达到平衡状态时，任何组 分的物质的量分数（或体积分数）对应相等，并且反应的 速率等也相同，但各组分的物质的量、浓度可能不同。而 “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，（如： 无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始 投料是一次还是分成几次反应容器经过扩大缩小或缩 小扩大的过程，）只要起始浓度相当，就达到相同的平 衡状态。 二、等效平衡的分类二、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 I 类：恒温恒容下类：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V0 的体系）：等价转化后，对应各物质 起始投料的物质的量物质的量与原平衡起始态相同相同。 IIII 类：恒温恒容下类：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）的物质的量的比例物质的量的比例与原平衡起始态相同，两 平衡等效。 IIIIII 类：恒温恒压下类：恒温恒压下对于气体体系等效转化后，只要反 应物（或生成物）的物质的量的比例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，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、例题解析三、例题解析 I I 类：类： 在恒温恒容下恒温恒容下，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 2 mol SO2和 1 mol O2通入一 定容积的密闭容器中，发生如下反应，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：通过化学方程式：可以看出，这 是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应，在定温、 定容下建立的同一化学平衡状态。起始时，无论怎样改变 的物质的量，使化学反应从正反应开始，还是从 逆反应开始，或者从正、逆反应同时开始，它们所建立起 来的化学平衡状态的效果是完全相同的，即它们之间存在 等效平衡关系。我们常采用“等价转换”的方法，分析和 解决等效平衡问题。 （1）若 a=0，b=0，这说明反应是从逆反应开始，通过 化学方程式可以看出，反应从 2 mol SO3开 始，通过反应的化学计量数之比换算成和的物质的量 （即等价转换），恰好跟反应从 2 mol SO2和 1 mol O2的 混合物开始是等效的，故 c=2。 （2）由于 a=0.52，这表示反应从正、逆反应同时开 始，通过化学方程式可以看出，要使 0.5 mol SO2反应需要同时加入 0.25 mol O2才能进行，通过反 应的化学计量数之比换算成 SO3的物质的量（即等价转换） 与 0.5 mol SO3是等效的，这时若再加入 1.5 mol SO3就与 起始时加入 2 mol SO3是等效的，通过等价转换可知也与起 始时加入 2 mol SO2和 1 mol O2是等效的。故 b=0.25，c=1.5。 （3）题中要求 2 mol SO2和 1 mol O2要与 a mol SO2、b mol O2和 c mol SO3建立等效平衡。由化学方程式 可知，c mol SO3等价转换后与 c mol SO2和 等效，即是说，和与 a mol SO2、b mol O2和 c mol SO3等效，那么也就是与 2 mol SO2 和 1 mol O2等效。故有。 IIII 类：类： 在恒温恒容下恒温恒容下，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： 已知加入 1 mol H2和 2 mol Br2时，达到平衡后生成 a mol 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，对下列编号的状态，填写 下表中的空白。 解析解析：在定温、定容下，建立起化 学平衡状态，从化学方程式可以看出，这是一个化学反应 前后气体分子数相等的可逆反应。根据“等价转换”法， 通过反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量 之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效。 因为标准项中n（起始）：n（起始）：n（HBr 平衡）=1：2：a，将 n（H2起始）=2 mol，n（Br2起始）=4 mol，代入上式得n（HBr 平衡）=2a。 参照标准项可知，n（HBr 平衡）=0.5a mol，需要 n（H2起始）=0.5 mol，n（Br2起始）=1 mol，n（HBr 起始） =0 mol。而现在的起始状态，已有 1 mol HBr，通过等价转 换以后，就相当于起始时有 0.5 mol H2和 0.5 mol Br2的 混合物，为使n（H2起始）：n（Br2起始）=1：2，则需要 再加入 0.5 mol Br2就可以达到了。故起始时 H2和 Br2的物 质的量应为 0 mol 和 0.5 mol。 设起始时 HBr 的物质的量为 x mol，转换成 H2和 Br2 后，则 H2和 Br2的总量分别为（）mol 和（） mol，根据，解得。设平衡时 HBr 的物质的量为 y mol，则有，解得。 IIIIII 类：类： 在恒温恒压下恒温恒压下，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，达到平衡状态后与原 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：（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： （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。 若需规定起始时反应向逆反应方向进行，则 c 的取 值范围是_。 （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_，原因是_。 解析解析：（1）化学反应：在定温、定压 下进行，要使平衡状态与原平衡状态等效，只要起始时 就可以达到。已知起始时各物质的体积分别为 1 体 积 N2、b 体积 H2和 2 体积。根据“等价转换”法，将 2 体积通过反应的化学计量数之比换算成和的体积， 则相当于起始时有（1+1）体积和（b+3）体积，它们 的比值为，解得 b=3。 因反应前混合气体为 8 体积，反应后混合气体为 7 体 积，体积差为 1 体积，由差