等效平衡的建立及应用.docx

等效平衡的建立及应用1等效平衡的含义 在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。理解：（1）平衡的建立和条件有关，和反应的方向无关。（2）一定条件下，一次投料和分批次投料，最终建立的平衡是等效。2等效平衡的分类 根据反应条件(恒温、恒压或恒温、恒容)以及可逆反应的特点(反应前后气体分子数是否相等)，可将等效平衡问题分成两类： (1)恒温、恒容条件下，反应前后气体分子数不相等的可逆反应，如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。这种等效平衡是绝对等效(包括浓度、密度、相对分子质量等都相等)，各种物质的百分含量相同，物质的量、浓度都相同。 (2)恒温、恒容条件下，反应前后气体分子数相等的可逆反应与恒温、恒压条件下，反应前后气体分子数任意类型的可逆反应，如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同，则建立的化学平衡是等效的。这种等效平衡是相对等效，各种物质的百分含量相同，物质的量、浓度等存在倍数关系。 (2)恒温、恒压条件下，任意类型的可逆反应，如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同，则建立的化学平衡是等效的。这种等效平衡是相对等效，各种物质的百分含量、浓度相同，物质的量等存在倍数关系。等效建立条件反应特点建立等效的方法等效平衡混合物各组分的量的关系恒温恒容V 0一边倒，等值即等效各组分百分含量（m、v、n）对应相等n相同c相同V = 0一边倒，等比即等效n正比变化c正变化比恒温恒压一边倒，等比即等效n正比变化C相同3等效平衡分析方法 按照化学方程式的化学计量数关系，把起始物转化为方程式同一半边的物质，通过对比两种情况下对应组分的起始量是相等，还是等比，来判断化学平衡是否等效。或者先建立等效平衡，再恢复到起始条件。 (1)对于恒温、恒容条件下，气体体积有变化的反应。 如：合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，初始充入1molN2、3molH2从正反应开始达平衡与初始充入2molNH3从逆反应开始达平衡，两者“投料量相同”属于等效平衡。如果初始充入a molN2、bmolH2、cmolNH3，则ac/21且b3c/23时，且a、b、c均0，与原平衡仍是等效平衡。 例1将2molSO2和2molSO3气体混合于固定容积的密闭容器中，在一定条件下发生反应2SO2+O22SO3，平衡时，SO3为n mol，相同条件下，分别按下列配比放入起始物质，平衡时SO3的量大于n mol的是（） (A)2molSO2+1molO2 (B) 4molSO2+1molO2 (C)2molSO2+1molO2+2molSO3 (D) 3 molSO2+1molO2+1molSO3 解析：可将起始物2molSO3转化为2molSO2+1molO2，则原平衡起始投料为4molSO2+1molO2，显然，与选项B投料量相同，等效平衡。选项A起始投料SO2减少2mol，则平衡左移，SO3的量小于n mol；选项C中2mol SO3转化为2molSO2+1molO2，则原平衡起始投料为4molSO2+2molO2，O2增加1mol，则平衡右移，SO3的量大于n mol；选项D中1 molSO3转化为1molSO2+0.5molO2，则原平衡起始投料为4molSO2+1.5molO2，则平衡右移，SO3的量大于n mol。正确答案为C、D。 (2)对于恒温、恒容条件下气体体积不变的反应。 例2向某密闭容器中充入1 molCO和2molH2O(g)，发生反应：COH2O(g)CO2H2。当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是() A0.5molCO、2molH2O(g)、1molCO2、1molH2 B1molCO、1molH2O(g)、1molCO2、1molH2 C0.5molCO、1.5molH2O(g)、0.4molCO2、0.4molH2 D0.5molCO、1.5molH2O(g)、0.5molCO2、0.5molH2 解析：在等温等容且反应前后气体体积相等的可逆反应，只需“投料比相同”，则两平衡等效。选项A、D逆推后分别为1.5molCO3molH2(g)、1 molCO2molH2O(g)，均与原平衡12投料比相同，等效；选项B逆推后为2molCO2molH2O(g)，CO比例偏高，则平衡后CO体积分数也偏高；选项C逆推后0.9molCO1.9molH2O(g)，CO比例偏低，则平衡后CO体积分数也偏低。正确答案为B。 (3)对于恒压条件下，反应前后气体分子数任意类型的可逆反应。 例3.(1)在某压强恒定的密闭容器中加入2 mol N2和4 mol H2，发生如下反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJ/mol，达到平衡时，体积为反应前的2/3。求： 达到平衡时，N2的转化率为_。若向该容器中加入a molN2、b molH2、c molNH3，且a、b、c均0，在相同条件下达到平衡时，混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同，试比较反应放出的热量：_(填“”、“”、“。 因为(1)是恒温恒压，(2)是恒温恒容，可以假设先让(1)也保持恒温恒容，则此时与(2)平衡相同，再让其恢复恒压，则容器的活塞位置会改变，相当于加压，则化学平衡又向正反应方向移动，即NH3的浓度增大，即(1)(2)。正确答案为(1) 50% (2) 。4等效平衡训练 (以下试题容易误答，请细心) 练习1在T条件下，向lL固定体积的密闭容器M中加入2molX和lmolY，发生如下反应：2X(g)+Y(g)aZ(g)+W(g)H=Q kJmol1(QO)。当反应达到平衡后，放出的热量为Q1kJ。若平衡后再升高温度，混合气体的平均相对分子质量减小。维持温度T不变，若起始时向容器M中加入物质的物质的量如下，则反应达到平衡后放出的热量仍为Q1kJ的是() A2molX、1molY、1molAr BamolZ、1molW ClmolX、0.5molY、0.5amolZ、0.5molW D2molX、1molY、1molZ 提示：升高温度，平衡左移，混合气体的平均相对分子质量减小，知混合气体总物质的量应增大，故有2+1a+1，a只能是1。选项A稀有气体不参与反应，属于恒温、恒容下投料量相同的等效平衡。选项B、C均有Z参与，虽转化为起始投料与原平衡投料量相同，但与原平衡相比生成Z的量要少，放出热量也少，热量不相等，不合题意，易误选请注意。答案：A。 练习2在体积恒定的密闭容器中，充入3molA和1molB 发生反应3A(g)B(g)xC(g)，达到平衡后，C在平衡混合气中的体积分数为。若维持温度不变，按1.2molA、0.4molB、0.6molC为起始物质。 (1)若达到平衡后C的体积分数仍为，则x值是_(填序 号，下同)； A1 B2 C3 D4 (2)若达到平衡后压强不变，C的体积分数仍为，则x值是_。 A1 B2 C3 D4 提示：第(1)问属于等效平衡，若满足“投料量相同”时，x=1；若满足“投料比相同”时，x=4。第(2)不仅要满足达到平衡时相等且压强不变，压强不变即物质的量不变，因此属于投料量相同的绝对等效平衡，1.2mol+0.6mol3/x=3 mol，或0.4mol+0.6mol1/x=3 mol，解得x=1。答案：(1)A、D(2)A。 练习3已知：T时，2H(g)+Y(g)2I(g)H =196.6 kJmol1。T时，在一压强恒定的密闭容器中，加入4 mol H和2 mol Y，反应达到平衡后，放出354 kJ的热量。若在上面的平衡体系中，再加入1 molI气体，T时达到新的平衡，此时气体H的物质的量为() A0.8 molB0.6 molC0.5molD0.2mol 提示：由题设焓变199.6kJmol1和放出热量354kJ可求得3.6 molH参加反应，转化率为90%，再加入1 molI气体，即相当于再加入1 molH和0.5molY，属等效平衡，转化率不变，故平衡时n(H)=(4+1)mol(190%)=0.5 mol。答案：C。 练习4.某温度下，在容积可变的密闭容器中，反应2A(g)+B(g)2C(g)达到平衡时，A、B、C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。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，A的转化率降低的是() A均加倍 B均减半 C均增加1 mol D均减少1 mol 提示：三者物质的量均加倍或均减半时，满足“投料比相同”，等效平衡，平衡不移动，A的转化率保持不变；均增加1mol后，A、B、C的物质的量分别变成5mol、3mol、5mol，若假设起始时A、B、C充入容器的量分别为5mol、2.5 mol和5 mol，与原平衡等效，后再加入0.5 mol B，平衡正向移动，所以A的转化率升高；同样均减少1mol先假设向容器中充入的量分别为3mol、1.5mol和3 mol，达平衡后从体系中分离出0.5 mol B，平衡逆向移动，A的转化率降低。答案：D。 练习5.（2010江苏卷14）在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下（已知N2(g)3H2(g)2NH3(g) H=92.4 kJmol1）容器甲乙丙反应物投入量1molN2、3molH22molNH34 molNH3NH3浓度(molL1)c1c2c3反应的能量变化放出a kJ吸收b kJ吸收c kJ体系压强（Pa）P1P2P3反应物转化率123下列说法正确的是() A2 c1c3Ba+b=92.4C2P1P3D1+31 提示：甲、乙“投料量相同”的等效平衡，丙若在恒温恒压时，则是相当于两份乙的等效平衡，但由于恒温、恒容，丙中NH3的转化率小于乙。选项A，甲、丙起始浓度不同，转化率也不同，平衡时NH3的浓度关系为2c1c3。选项B，甲、乙为等同平衡，不同的是反应的起始方向不同，在此过程中乙吸收的热量相当于甲完全转化需再放出的热量，故a+b=92.4。选项C，丙的转化率小于乙，甲、乙等效，故2P1P3。选项D，1+2=1，而23，所以1+31。答案：B、D。 练习6在恒温恒容的三个密闭容器里，分别进行以下三个反应：PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)，2HI(g)H2(g)+I2(g)，2NO2(g)N2O4(g)，三个反应达平衡后，又分别充入PCl5、HI、NO2、N2O4平衡移动与转化率变化如何？ 提示：只有一种反应物或生成物的平衡，又加入该物质时，分析平衡移动方向依据浓度变化，比较转化率时将浓度的变化转化为压强的变化能使思路清晰，即加入一个等效平衡后，利用最终平衡结果分析转化率的变化。分别充入PCl5、HI、NO2时，平衡移向均为正向移动；充入N2O4时，平衡移向为逆向。充入PCl5后相当于压