080等效平衡专题.doc

例谈等效平衡的构建与应用黑龙江省宾县第一中学赵云飞一、等效平衡1.等效平衡的分类：化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物各组分的浓度保持不变的状态。但平衡状态的建立与平衡建立的途径无关，因此，对于一定条件下的可逆反应，当从不同途径达到平衡状态后可形成全同等效平衡或相似等效平衡。全同等效平衡：在一定条件下，当可逆反应从不同的途径达到平衡状态时，各组分的体积分数、浓度、物质的量均完全相同的平衡状态。例1.某温度下，将2molSO2和2molO2充入密闭容器中，加入催化剂并保持恒温、恒容条件进行反应，达到平衡后SO3的体积分数为x。若将amolSO2、bmolO2、cmolSO3充入容器中，达到平衡后使SO3的体积分数仍为x，则a、b、c间应满足何种关系？解析：2SO2(g) O2(g) 2SO3(g)t0： 2mol 2mol 0t平： xt0： amol bmol cmolt平： x对于该可逆反应达到平衡状态时，若改变压强，平衡将发生移动。因此在恒温、恒容条件下，当向容器中加入amolSO2、bmolO2、cmolSO3时，若使平衡时SO3的体积分数仍为x，则a、b、c之间的关系为：ac2mol；bc/22mol。相似等效平衡：在一定条件下，当可逆反应从不同的途径达到平衡状态时，各组分的体积分数相同、物质的量不同，浓度可能相同也可能不同的平衡状态。例2.恒温、恒压下，在一个体积可变的容器中发生如下反应：A(g)B(g)C(g)。开始时加入1molA和1molB，到达平衡后，生成amolC。若开始时放入3molA和3molB，到达平衡后，生成C的物质的量为mol；若开始时加入xmolA、2molB和1molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3amol，则xmol，ymol。若在的平衡混合物中再加入3molC，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是。解析：A(g) B(g) C(g)t0： 1mol 1mol 0 容器的体积为Vt平： amolt0： 3mol 3mol 0 容器的体积为3Vt平： xmol设加入1molA和1molB时容器的体积为V，则在恒压条件下，加入3molA和3molB时容器的体积为3V，等同于将三个体积为V的容器合并在一起，故达到平衡时，各物质的体积分数、浓度均相同，C的体积分数为a/(2a)，而各物质的的物质的量为原来的3倍，因此C的物质的量为3amol。平衡时C的物质的量为3amol，则在起始时，应加入使3molA和3molB，将1molC完全转化得到1molA和1molB，故x2。平衡时A的量为2(1a)mol。若在的平衡混合物中再加入3molC，则等同于起始时向体积为6V的容器中加入6molA和6molB，达到平衡时各物质的物质的量分数不变，故C的体积分数为a/(2a)。2.构建等效平衡应注意的事项：在构建等效平衡时，要注意两方面的问题：注意可逆反应的特点；试题条件要求。例3.某温度下，将2molBr2和1molH2充入一体积固定的密闭容器中，发生可逆反应Br2(g)H2(g)2HBr(g)，达到平衡后HBr的体积分数为x。若将4molBr2、2molH2充入容器中，达到平衡后使HBr的体积分数y，则yx(填“大于”、“小于”或“等于”)；若将amolBr2、bmolH2、cmolHBr充入容器中，达到平衡后使HBr的体积分数仍为x，则a、b、c间应满足何种关系？解析：Br2(g) H2(g) 2HBr(g)t0： 2mol 1mol 0容器的体积为Vt平： xt0： 4mol 2mol 0容器的体积为2Vt平： yt0： amol bmol cmolt平： x设加入2molBr2和1molH2的体积为V，加入4molBr2和2molH2时的体积为2V，则达到平衡后形成相似等效平衡，由于该反应在反应前后气体的体积不变，即为V0的反应，当反应处于平衡状态时，改变压强平衡不发生移动。因此当将容的体积由2V变为V时，HBr的体积分数不变，而各物质的浓度变为原来的2倍。若使HBr的体积分数不变，则a、b、c之间的关系只需满足(ac/2):(bc/2)2:1即可。例4.在一个体积为1L的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生如下反应：2A(g)B(g)3C(g)D(s)，达到平衡时，C的物质的量浓度为1.2mol/L，维持温度和容器的体积不变，按如下配比做起始反应物质，达到平衡后，C的物质的量浓度仍为1.2mol/L的是。4molA、2molB；2molA、1molB、1molD；3molC、0.8molD；1molA、0.5molB、1.5molC、0.1molD；1molA、0.5molB、1.5molC。解析：由于D为固态，该反应属于反应前后气体体积不变的反应，压强对平衡状态也无影响，因此加入4molA、2molB时所达到的平衡状态与原平衡状态为相似等效平衡，C的体积分数相同，但C的浓度为原平衡状态浓度的2倍。又由于D为固态，其量的多少对平衡无影响，故加入2molA、1molB、1molD时达到的平衡状态与原平衡状态为全同等效平衡，C的浓度为1.2mol/L，但应注意的是此时固体D的物质的量不同。对于第情况，等同于在原平衡状态下分离出0.2molD，平衡不移动，C的浓度不变。而对于第种情况，等同于在原平衡状态下分离出0.4molD，导致D的物质的量为零，而可逆反应中各物质的量不可能为零，故平衡将向正向移动，C的浓度将增大。2A(g) B(g) 3C(g) D(s) 起始时： t0： 2mol 1mol 0 0t平：1.2mol 0.6mol 1.2mol 0.4molt0： 0 0 3mol 0.8molt平：1.2mol 0.6mol1.2mol 0.2molt0： 1mol 0.5mol 1.5mol 0.1molt平：1.2mol 0.6mol1.2mol0在第种情况中，根据反应的特点，由于有C存在而无D存在，C的浓度将大于1.2mol/L。因此符合条件的选项只有、。二、等效平衡的应用1.比较反应物转化率、物质含量的大小例5.体积相同的甲、乙两容器中，分别都充有等物质的量的SO2和O2，在相同条件下发生反应，并达到平衡，在这个过程中，温度不变，若甲保持体积不变，乙保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为P%，乙容器中的SO2的转化率( )A.等于P%B.大于P%C小于P%D.无法确定解析：若乙容器也保持体积不变，则达到平衡时，甲容器与乙容器形成全同等效平衡，容器内的压强均减小。为使乙容器保持压强不变，则与甲相比为压强增大过程，导致平衡正向移动，SO2的转化率增大，故正确答案为B。例6.一定温度下，向体积固定的容器中加入amolA，发生反应aA(g)bB(g)cC(g)。反应达到平衡后，再向容器中加入amolA，则达到新的平衡后：若abc，则A的转化率(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，若abc，则B的体积分数，若abc，则平衡向正方向移动，导致A的转化率增大；若abc，则平衡不移动，B的体积分数不变；若abc平衡将向逆向移动，A的体积分数增大。2.确定物质的系数例7.在一体积固定的密闭容器中充入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a，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a，则x的值为( )A.1B.2C.3D.4解析：若使C的体积分数不变，分为全同等效平衡和相似等效平衡。由于化学平衡的建立与建立途径无关，因此：2A(g)B(g) xC(g)起始时：2mol 1mol 0 平衡时： a起始时：0.6mol 0.3mol 1.4mol平衡时： a全同等效平衡：将所加入的0.6molA、0.3molB和1.4molC完全转化为A、B时，应使A的物质的量为2mol，B的物质的量为1mol，则达到平衡状态时，两种情况下不仅各物质的体积分数对应相等，各物质的物质的量也对应相等，故x2。相似等效平衡：若反应前后体积不变(V0)，即x3时，反应达到平衡后，改变压强，平衡不移动。因此将0.6molA、0.3molB和1.4molC完全转化为A、B时，A与B的物质的量之比与前一平衡起始时所加A、B的物质的量之比为2:1，达到平衡时，各物质的体积分数对应相等，但各物质的物质的量对应不同。因此当x值为3时，C的体积分数仍为a，故正确答案为B、C两项。例8.有甲、乙两容积相等的恒容密闭容器，向甲中通入6molA和2molB，向乙中通入1.5molA、0.5molB和3molC，保持温度不变，使反应：3A(气)B(气) xC(气)达到平衡，此时测得甲、乙两容器中C的体积分数均为0.2。则：若平衡时，甲、乙两容器中A的物质的量相等，则x；若平衡时，两容器中A的物质的量不相等，则x。平衡时，甲、乙两容器中A、B的物质的量之比是否相等(填“相等”或“不相等”)，平衡时甲中A的体积分数为。若平衡时两容器的压强不相等，则甲乙两容器的压强之比为。解析：由全同等效平衡与相似等效平衡的建立可知：3A(g)B(g) xC(g)起始时：6mol 2mol 0 平衡时： 0.2起始时：1.5mol 0.5mol 3mol平衡时： 0.2当x2时，将3molC完全分解，可得6molA和2molB，与第一种情况形成全同等效平衡。当x4时，为V0的反应，形成相似等效平衡。由于A、B的物质的量之比满足于反应系数比，故平衡时，两个容器中A与B的物质的量之比相同，A的体积分数为(10.2)3/40.6。若平衡时两容器的压强不相等，则x4，为V0的反应，甲中达到平衡时，气体的总物质的为8mol乙中气体的总物质的量为5mol，两容器的压强比为8:5。3.确定物质的量例9.在一密闭容器中，保持一定温度，发生反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)。已知加入1molN2和4molH2时，达到平衡状态后生成amolNH3。若保持平衡时各组分的体积分数不变。试填写表格：若为体积固定的容器：起始时物质的量n(mol)平衡时NH3的物质的量(mol)N2H2NH3已知140a0a2.5amnwa其中m、n、w间满足的关系式为：。若为体积可变的容器：起始时物质的量n(mol)平衡时NH3的物质的量(mol)N2H2NH3已知140a1.56010.5amn(n4m)解析：在体积恒定的情况下，若保持各组分的体积分数不变，对于反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)应满足全同等效平衡的构建条件，即mw/21，n3w/24。因此中的数值分别为：1；2；0.5；1。在恒压条件下，若保持各组分的体积分数不变，则应满足相似等效平衡的构建条件，即：n(N2)1/2n(NH3)/n(H2)3/2n(NH3)1/4，因此，空格中的数值分别为：1.5a；0；0.5；2；2(n4m)；a(n3m)。4.判断容器体积大小KBAP例10.右图中，P是一可自由移动的活塞，关闭K，分别向容器A、B中各充入2molX、2molY，起始时VAaL，VB0.8aL（连通管的体积忽略不计）。在相同条件和有催化剂存在条件下，两容器中各自发生如下反应：3X(g)3Y(g)2Z(g)2W(g)，达到平衡时VB0.6aL。试回答如下问题：B中X的转化率为，A、B中X的转化率的关系是AB（填“大于”、“小于”或“等于”），平衡时A、B中混合气体的平均相对分子质量的关系是MAMB（填“大于”、“小于”或“等于”），打开K，一段时间后再次达到平衡，则B的体积为。解析：当K关闭时，A为体积恒定条件，B为恒压条件，而反应3X(g)3Y(g)2Z(g)2W(g)达到平衡后，容器中气体的物质的量减小，导致B中的压强比A中的压强大，有利于平衡正向移动，故B中X的转化率大于A中X的转化率。又由于气体的总质量不变，故B中混合气体的平均相对分子质量大于A中混合气体的平均相对分子质量。当K打开时，A与B合并为一体积可变的容器，等同于起始时向容器中加入了4molX和4molY，则在恒压条件下有如下关系：3X(g) 3Y(g) 2Z(g) 2W(g) 关系K时，B中t0： 2mol 2mol 0 0t平：容器的体积为0.6aL打开K时，t0： 4mol 4mol0 0t平： 容器的体积为1.2aL因此平衡时B的体积为：1.2aLaL0.2aL5.判断平衡移动的方向例11.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、C的物质的量分别为4mol、2mol、4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中的三者的物质的量做