2.4_等效平衡.学生版.doc

2-4 等效平衡高考要求知识解析【要点框图】【知识解析】1.等效平衡原理：在一定条件下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的分数（体积、物质的量）均相同，这样的平衡互称为等效平衡。等效平衡就是从不同的起始状态达到了相同的平衡状态。所谓不同的起始状态是指各物质的起始量不同，而相同的平衡状态是指各物质的体积（物质的量）分数均相同。由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关，因而，同一可逆反应，从不同状态开始，只要达到平衡时条件（温度，浓度，压强等）完全相同，则可形成等效平衡。2.等效平衡规律：等效平衡的广泛定义：只因投料情况的不同，达到平衡后，各组分的物质的量（或能转化为物质的量）分数相等的平衡状态，互为等效平衡状态。（1）在定温，定容条件下，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半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。简言之，定温，定容下，归零后，等量即为等效平衡。例如：2SO2（g）+O2（g）2SO3（g） 此类等效平衡形成的条件是投料量相同，等效的含义是各物质的物质的量、浓度、体积分数、混合气体的密度、平均摩尔质量、容器的体积、体系的压强、气体的反应速率等所有方面完全对应相同，又称为“等同平衡”（类似于数学中的“全等三角形”）（2）在定温，定压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数，换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效. 简言之，定温，定压下，归零后，等比例即为等效平衡。此时，等效平衡为广义含义，即各物质的体积分数相同，同时，容器体积、混合气体的平均摩尔质量（）也相同，但各物质的浓度、物质的量、混合气体的密度、体系的压强、气体的反应速率等均不相同且成比例（类似于数学中的“相似三角形”）。（3）以上内容是反应前后气体系数不等的反应在恒温、恒容和恒温、恒压下的等效平衡，当反应前后气体的系数相等时，怎样建立等效平衡呢？以H2（g）+I2（g）2HI（g）为例：恒温、恒容时 H2（g）+I2（g）2HI（g） 3 2 0 （单位：mol） 6 4 0 5 3 2 当温度和体积不变时，投料成比例时即为等效平衡（例如中投料是中的2倍，压强即为中2倍，但压强增大，反应前后系数相等的反应平衡不移动，因此以上几种情况均为等效平衡）达到等效平衡时各物质的物质的量浓度、质量、百分含量、体积分数等相等。恒温、恒压时H2（g）+I2（g）2HI（g） 1 2 0 （单位：mol） 2 4 0 1.5 3 2当温度和压强不变时，投料成比例即为等效平衡，达到等效平衡时各物质的百分含量、体积分数相等，物质的量、物质的量浓度、质量成比例。因此当反应前后各物质化学计量数相等时，无论是恒温、恒容还是恒温、恒压条件时，投料成比例都能达到等效平衡。只要反应物（或生成物）的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡等效。简言之，反应前后各物质化学计量数相等时，归零后，等比例即为等效平衡。此处等效的含义也为广义含义，即各物质的体积分数相同，同时浓度、气体的密度、平均摩尔质量、反应速率、体系的压强也相同，但气体的物质的量和容器的体积不相同且成比例（也类似于数学中的“相似三角形”）。注意：这三种情况下的等效均是指平衡混合物中各组分的百分含量保持不变。实际上三种有效是有差别的，第（1）种情况是绝对等效（包括浓度、密度、平均相对分子质量等都相等），而在第（2）、（3）种情况下，物质的量等存在倍数关系。3.等效平衡的应用： （1）判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态。 （2）求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之间的关系式。 （3）求属于等效平衡状态下的反应方程式的化学计量数。【思维技巧】1.等效平衡的比较等效类型123条件恒温、恒容恒温、恒压恒温、恒容恒温、恒压起始投料换算为方程式同一边物质，其“量”相同换算为方程式同一边物质，其“量”符合同一比例换算为方程式同一边物质，其“量”符合同一比例换算为方程式同一边物质，其“量”符合同一比例对反应的要求任何可逆反应任何可逆反应反应前、后气体体积相等反应前、后气体体积相等平衡特点气体的物质的量分数相同相同相同相同浓度c相同成比例相同相同物质的量n相同成比例成比例成比例2.等效平衡的分析方法“一边倒“按化学计量数关系将生成（反应）物全部转化为反应（生成）物之后再看是否相同或成比例。具体见前面的知识详解。3.解化学平衡题的几种思维方法。（1）平衡模式思维法（或三段思维法）化学平衡计算中根据化学方程式列出“起始”、“变化”、“平衡”时三段各物质的量（或体积、浓度），然后根据已知条件建立代数等式的方法。（2）差量法（或差值法）利用化学反应（或物理变化）中某化学量从始态到终态的差量（或差值），作为已知量或未知量的对应关系列比例式进行计算的一种方法。（3）极限思维法（或极值法）极值法是将可逆反应看成是处于完全反应或是完全不反应的中间状态，利用这两个极端点，假设反应中某一物质完全反应，而求出另一物质的最大值或是最小值，从而得到某一平衡状态的取值或取值范围。（4）虚拟思维法（构造法）虚拟思维法是指解决问题的时候，根据需要或可能，虚拟出能方便解决问题的对象。例如虚拟混合物的化学式、虚拟反应过程等。（5）守恒思维法利用化学平衡中某些量（如质量、体积等）的守恒能够快速得出答案。（6）假设思维法解题中，要把一种平衡状态和另一种平衡状态的情况（如转化率、物质的量浓度及含量等）进行比较时，可以假设一个中间转换过程，以方便比较。（7）等效平衡思维法前面已述。【例题精讲】1.等温等容条件下的等效平衡【例1】 在密闭容器中，加入3mol A和1mol B，一定条件下发生反应3A（g）B（g）2C（g）D（g），达平衡时，测得C的浓度为w mol/L，若保持容器中压强和温度不变，重新按下列配比作起始物质，达到平衡时，C的浓度仍然为w mol/L的是A6mol A2mol B B1.5mol A0.5mol B1mol C0.5mol DC3mol A1mol B2mol C1mol D D2mol C1mol 【例2】 在一个固定容积的密闭容器中，2mol A和1mol B发生反应：，达到平衡时，C的浓度为W molL-1。维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物，达到平衡后，若C的浓度仍为W molL-1，则该配比为：（ ）A4mol A + 2mol BB3mol C + 1mol D +1mol B + 2mol AC3mol C + 1mol DD1mol A + 0.5mol B + 1.5mol C + 0.5mol D【例3】 将2.0 mol SO2气体和2.0 mol SO3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(g)O2(g) 2SO3(g)，达到平衡时SO3为n mol。在相同温度下，分别按下列配比在相同密闭容器中放入起始物质，平衡时SO3等于n mol的是( )A1.6 mol SO2+0.3 mol O2+0.4 mol SO3B4.0 mol SO2+1.0 mol O2C2.0 mol SO2+1.0 mol O2+2.0 mol SO3D3.0 mol SO2+1.0 mol O2+1.0 mol SO3【例4】 在一个容积固定的密闭容器中充入1molHI，建立如下平衡：H2（g）+I2 （g）2HI（g），测得HI的转化率为a%。其他条件不变，在上述平衡体系中再充入1molHI，待平衡建立时HI的转化率为b%，则a、b的关系为 （ ）Aab BanBmp2 B2p1=p2 C2p1N BM=N CM b （乙）ab（丙）a=b （丁）不能比较a和b的大小作出此判断的理由是_。【例49】 有两个密闭容器A和B，A容器内有一个移动的活塞能使容器内保持恒压，B容器能保持恒容。起始时向这两个容器中分别充入等量的体积比为2：1的SO2和O2的混合气体，并使A和B的容积相等。在保持4000C的条件下使之发生如下反应：2 SO2+O2 2SO3。（1）达到平衡时所需要的时间A容器比B容器 ，A容器中SO2的转化率比B容器 。（2）达到（1）所述平衡后，若向两容器中通入数量不多的等量氩气，A容器化学平衡 移动，B容器化学平衡 移动。（3）达到（1）所述平衡后，若向两容器中通入等量的原反应气体，达到平衡时，A容器SO3物质的量分数 ；B容器中SO3的物质的量分数 。（填增大、减小、不变）【例50】 在恒温时，向某密闭容器中通入2mol X和1mol Y气体，发生如下反应：2X (气)Y(气)2Z(气)，压强一定时，测得在平衡时Z的体积分数为0.4。（1）与上述平衡保持同温、同压，若向密闭容器中通入4mol X(气)、2mol Y(气)，达到平衡，则Z的体积分数为 ；平衡时，气体的总物质的量是 。（2）若向密闭器中通入X（气）和Y（气）的物质的量分别记为n（X）、n（Y），保持容器容积不变，并满足平衡时Z的体积分数为0.4，则n（X）/n（Y）的取值范围为 。【例51】 在某温度下，向某密闭容器中加入1mol氮气和3mol氢气，使之反应合成氨气，平衡后测得氮气的体积分数为m。若温度T不变，只改变起始加入量，使之反应平衡后氮气的体积分数仍为m。若氮气、氢气、氨气的加入量分别用X、Y、Z表示应满足：（1）恒定T、V（体积）A若X0、Y0，则Z B若X0.75，Y ，Z CX、Y、Z应满足的一般条件是 （2）恒定P（压强）、TA若X0、Y0，则Z B若X0.75，则Y ，Z CX、Y、Z应满足的一般条件是 【例52】 在一定温度下，有1mol A2气体和3mol B2气体发生下列反应：A2（g）3B2（g）2AB3（g）（正反应放热）（1）若分别在1L定压密闭容器中和1L定容容器中反应（密闭），哪个容器中的反应先达到平衡？哪个容器中的A2的转化率高?（2）若在上述定压密闭容器中，反应已达到平衡时，再加入0.5mol氩气（氩气不与该体系中的任何物质发生化学反应），则A2的转化率会起什么变化?正反应速度与原平衡相比，有无变化，简答理由。（3）若在1L定容容器中，上述反应达到平衡时，平衡混和物中N2、H2、NH3的物质的量分别为A、B、Cmol。仍维持原温度，用x、y、z分别表示开始时N2、H2、NH3的加入量（mol），使达到平衡后N2、H2、NH3的物质的量也为A、B、Cmol。则应满足的条件是：若x0，y0，则z 若x0.75，则y应为 mol、x应为 mol。【例53】 密闭容器中，保持一定温度，进行如下反应：N2（g）3H2（g）2NH3（g）。已知加入1mol N2和3mol H2，在恒压条件下，达到平衡时生成amol NH3见下表中编号（1）的一行；在恒容条件下，达到平衡时生成b mol NH3见下表中编号（4）的一行。若相同条件下，达到平衡时混合物中各组分的百分含量不变，请填空：状状条件起始时各物的物质的量（mol）平衡时NH3的物质量的量（mol）编号x（N2）y（H2）z（NH3）恒压（1）130a（2）30（3）0.20.5ax、y、z取值必须满足的一般条件： 。恒容（4）130b（5）00b（6）2.25bx、y、z取值必须满足一般条件（一个只含x、z，另一个只含y、z）： ； 。a与b的关系是：a b（填、）【例54】 已知T，pkPa时，在容器为V L的密闭容器内充入1mo1 A和1mol B，保持恒温恒压，使反应：A（g）B（g）C（g），达到平衡时，C的体积分数为40%，试回答下列问题：（1）欲使温度和压强在上述条件下恒定不变，在密闭容器内充入2mol A和2mol B，则反应达到平衡时，容器的容积为 ，C的体积分数为 ；（2）若另选一容积不变的密闭容器，仍控制温度在T，使1mol A和1mol B反应达到平衡时，C的体积分数仍为40%，则该容器的容积为 。【例55】 如图，在恒压密闭容器M中加入2 mol A和2 mol B，起始时容器体积为V L，发生如下反应并达到化学平衡状态：2A(?)B(?)xC(g)；H0平衡时A、B、C的物质的量之比为134，C的物质的量为 y mol。（1）根据题中数据计算，x _、y _；（2）如图，在体积为V L的恒容密闭容器N中发生上述反应（其它条件相同），测得反应过程中气体的平均相对分子质量随时间的变化如图（t0时达平衡），平衡时容器中C的物质的量为z mol。由于反应物A、B的状态未知，则z和y的大小也不确定，请在下表中填入A、B的状态与z、y的大小之间的关系（仿照情形、可不填满）：可能的情形A、B是否为气态z与y的大小关系M(B)与M(C)的大小关系（M表示摩尔质量）AB是不是zy前面的结论与此无关【例56】 在如图所示的三个容积相同的三个容器、进行如下的反应：3A（g）B（g）2C（g）（正反应放热）（1）若起始温度相同，分别向三个容器中充入3mol A和1mol B，则达到平衡时各容器中C物质的百分含量由大到小的顺序为 （填容器编号）（2）若维持温度不变，起始时中投入3mol A、1mol B； 中投入3mol A、1mol B和2mol C，则达到平衡时，两容器中B的转化率 （填、或）（3）若维持容器内温度和压强相等，起始时在中投入3molA和1molB，在中投入amol A和bmol B及cmol C，欲使达平衡时两容器内C的百分含量相等，则两容器中起始投料量必须满足（用含A、B、C的关系式表达）： 【例57】 有a、b两个极易导热的密闭容器，a保持容积不变，b中的活塞可上下移动，以保持内外压强相等。在相同条件下将3mol A，1mol B分别同时混合于a、b两容器中，发生反应：3A(g)B(g)2C(g)D(g)（1）达到平衡时，a中A的浓度为M mol/L。C的浓度为N mol/L，b中A的浓度为m mol/L，C的浓度为n mol/L，则M_m；N_n（填、无法比较）（2）保持温度不变，按下列配比分别充入a、b两容器，达平衡后，a中C的浓度为N molL1的是 ，b中C的浓度为n mo1L1的是 。A6mol A2mol B B3mol A2mol C C2mol C1mol B1mol DD2mol C1mol D E1.5mol C0.5mol B1mol C0.5mol D（3）若将2mol C和2mol D充入a中，保持温度不变，平衡时A的浓度为W molL1，C的浓度为Y molL1，则W和M，Y和N之间的关系为W_M，Y_N。（4）保持温度不变，若将4mol C和2mol D充入a中，平衡时A的浓度为R mo1L1，则A. R2M B. RM C. MR2M D. R2M【例58】 现有起始时容积相同的甲、乙两个密闭容器，如右图所示。（1）在甲容器中加入2mol三氧化硫，乙容器中加入2mol二氧化硫和1mol氧气，如甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，在相同的温度下（500）反应均达平衡。则两容器内压强甲_乙，（填大于、小于或等于）；容器内混合气体的密度甲_乙。（2）若在两个容器中，甲中加入2mol三氧化硫，乙中加入4mol三氧化硫，起始时两容器内的温度和压强均相同，反应过程中，温度保持一定。反应达平衡后三氧化硫的分解率甲_乙，理由是_，若达平衡后，甲容器内三氧化硫的物质的量为a mol，则乙容器中三氧化硫的物质的量_2amol。（填，大于、小于或等于）【例59】 已知在t、pkPa时，往容积可变的密闭容器中，充入2mol A和1mol B，此时容器的容积为VL。保持恒温恒压，发生反应：2A（g）B（g）2C（g）；达到平衡时，平衡混合气体中C的体积分数为0.4。试回答下列有关问题：（1）维持容器的温度和压强不变，起始时往上述容器中充入4mol