高二化学等效平衡

化学反应平衡（2）等效平衡,一种思维方法数学虚拟建模,临沂一中化学组 诸葛强,1、你知道殊途同归吗？,对于同一可逆反应，当外界条件（温度、压强或体积）一定时，这个反应平衡体系的建立，无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，或是正逆反应同时进行，只要反应物或生成物（或既有反应物又有生成物）恰好满足一定的配比关系加入，给与足够长的时间在同样的条件下达平衡时，任何同一组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均对应相同。,类似于连通器原理,1、定义 对于同一可逆反应，当外界条件一定时，该反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，或是正逆反应同时进行，只要反应物或生成物满足一定的配比，达平衡时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均对应相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。,温度、 容积 和压强,研究等效平衡的方法是：等效转换,等效平衡的基本标志,2、什么是等效平衡？,同一平衡（或等同平衡）,1、还有一类特殊的等效平衡，不仅任何相同组分的分数（含量）均相同，而且相同组分的物质的量也相同，这类平衡又称为同一平衡或等同平衡。2、同一平衡是等效平衡的特例；可类比相似三角形和全等三角形。,这里需要两种处理模式：1、一种思维方法数学建模2、“一边倒”的换算,3、怎样才能实现等效平衡？,4、注意：1、这里需要处理始状态或末状态或中间状态的状态量数据，有别于三段式的化学平衡计算！后者有变化量n或C，是过程量的数据！2、等效平衡是一种思维方法，解决的是不同平衡的最终结果（状态量）的比较问题，关注的是状态，不是过程！这里不专门讨论平衡向哪个方向移动的问题！但是经常要利用平衡移动后的结果！,讨论1、在恒温恒容下，按不同的投料方式进行反应，平衡后体系内各组分浓度是否相同？,N2 + 3H2 2NH3 (1) 1mol 4mol 0mol (2) 0mol 1mol 2mol“一边倒” (3) 0.5mol 2.5mol 1mol,1mol (3+1)mol 0mol,(0.5+0.5)mol (2.5+1.5)mol 0mol,根据殊途同归可知：三条途径最终达同一平衡,讨论2、在恒温恒容下，按不同的投料方式进行反应，平衡后体系内各组分浓度是否相同？,N2 + 3H2 2NH3 (1) 1mol 3mol 0mol (2) 2mol 6mol 0mol,数学建模,容,注意：这里关注的是状态，不是过程！这里不专门讨论平衡向哪个方向移动的问题！但是经常要利用平衡移动后的结果！,讨论1、在恒温恒容下，按不同的投料方式进行反应，平衡后体系内各组分浓度是否相同？,N2 + 3H2 2NH3 (1) 1mol 3mol 0mol (2) 2mol 6mol 0mol,这两个平衡不等效,规律1、在定T、V的情况下，对于反应前后气体分子数改变的可逆反应，只改变起始时加入物质（可以是反应物或生成物或二者都有）的物质的量，如果我们通过可逆反应的化学计量数关系比换算成同一半边的物质的物质的量与第一个平衡换算后的物质的量完全相同，则两平衡等效（这里实际上是等同！）。,定T、V，前后气体分子数改变，按系数比“一边倒”换算后，量相同，即等效（等同）,讨论2、在恒温恒容下，按不同的投料方式进行如下反应 CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g)(1) 1mol 1mol 0 mol 0 mol(2) 0 mol 0 mol 2 mol 2 mol(3) 0 mol 1 mol 1 mol 1 mol 以上哪些投料方式在反应达到平衡后，CO2在平衡混合物中的含量相同？由此得出什么规律？,CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)(1) 1mol 1mol 0 mol 0 mol(2) 0 mol 0 mol 2 mol 2 mol“一边倒” 2 mol 2 mol 0 mol 0 mol(3) 0 mol 1 mol 1 mol 1 mol“一边倒” 1mol 2 mol 0 mol 0 mol,所有过程都是在定温定容条件下,CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)(1) 1mol 1mol 0 mol 0 mol(2) 0 mol 0 mol 2 mol 2 mol“一边倒” 2 mol 2 mol 0 mol 0 mol(3) 0 mol 1 mol 1 mol 1 mol“一边倒” 1mol 2 mol 0 mol 0 mol,(1)和(2)是等效平衡， (1)和(3)、 (2)和(3)都不是等效平衡,规律2、在定T、V的情况下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要把所加物质按“一边倒”换算后物质的量的比例与第一个平衡换算后的比例结果相等，则两平衡等效。,定T、V，前后气体分子数不变，量成比例可等效。,例1、CO(g)+H2O(g) CO2(g) + H2(g)1组 2mol 2mol 1mol 0mol2组 0mol 0mol 6mol 4mol3组 1mol 1mol 2mol 1mol4组 4mol 4mol 2mol 2mol,讨论3、在恒温恒压下，按不同的投料方式进行如下反应 N2 + 3H2 2NH3 1mol 3mol 0mol 2mol 6mol 0mol(3) 2mol 6mol 2mol 以上哪些投料方式在反应达到平衡后，NH3在平衡混合物中的体积百分含量相同？由此得出什么规律？,抽掉中间的隔板,恒温恒压,讨论3、在恒温恒压下，按不同的投料方式进行如下反应 N2 + 3H2 2NH3 1mol 3mol 0mol 2mol 6mol 0mol(3) 2mol 6mol 2mol,上述3个平衡相互间都等效,规律3、在定T、P的情况下，不管反应前后气体分子数改变与否，改变起始时加入物质的物质的量，只要把所加物质按“一边倒”换算后物质的量的比例与第一个平衡换算后的比例结果相等，则两个平衡等效。,定T、P，前后气体分子数随意，换算后的量之比例相等，则两个平衡等效。,小结： 等效平衡,投料换算成相同物质表示时量相同,两次平衡时各组分n平、C平、平均相同,两次平衡时各组分平相同，n平、C平同比例变化,投料换算成相同物质表示时等比例,投料换算成相同物质表示时等比例,两次平衡时各组分平、C平相同，n平同比例变化,等效平衡须考虑的因素：,外界条件：1、相同温度、相同容积 2、相同温度、相同压强化学反应：1、反应前后体积不变 2、反应前后体积改变等效： 1、平衡时各组分浓度成比例或相同 2、平衡时各组分的百分含量相同,等效平衡的应用：用于比较不同的平衡状态下的结果，即比较不同平衡下的状态量！,方法：1、将其中一个平衡进行等效转换，根据上述三条规律判断或是利用数学建模的方法构造一个与之等效的平衡，然后比较这两个平衡的所研究的状态量的差别。2、等效转换的方法：“一边倒”或改变体积（即拉伸或压缩，数学建模！）,例2,有一体积不变的密闭容器中加入2molA、1molB，发生如下反应：2A(g)+B(g)=3C(g)+D(g)达到平衡状态时，C的浓度为 Wmol/L。若维持反应的温度和容器的体积不变，按下列四种方式改变起始物质的量，达到平衡后，C的浓度仍为Wmol/L的是（ ）A、4molA +2molB B、2molA+1molB+3molC+1molDC、 3molC+1molD + 1molB D、 3molC+1molD,D,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( )A.1.6 mol SO20.3 mol O20.4 mol SO3B.4.0 mol SO21.0 mol O2C.2.0 mol SO21.0 mol O22.0 mol SO3D.3.0 mol SO21.0 mol O21.0 mol SO3,B,如果改成压强不变的密闭容器中，又该如何选呢？,例3,A、B,例4、将2molSO2和2molSO3 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(气)+O2(气) 2SO3 （气），平衡时SO3为n mol。相同温度下，分别按下列配比在相同体积的密闭容器中加入起始物质，平衡时SO3的物质的量大于n mol的是（ ） A、2mol SO2+1 molO2 B、4molSO2+1molO2 C、2molSO2+1molO2+2molSO3 D、3molSO2+1molO2+1molSO3,C D,例5、一定温度下将a molPCl5通入一个容积不变的反应器中，达到如下平衡：PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)。测得平衡混合气体的压强为P1,此时反应器中再通入a molPCl5,在温度不变情况下再度达到平衡，测得压强为P2。测得P1和P2的关系是（ ）(A)2P1P2 (B) 2P1=P2 (C)2P1P2 (D)无法判断,A,练习1.在相同条件下，体积相同的两容器甲与乙，甲充入1g SO2,1g O2；乙充入2gSO2,2gO2下列叙述错误的是（）反应速率乙甲平衡后的浓度乙甲SO2的转化率乙甲平衡后的体积分数乙甲,练习2.在等温等容条件下：2(气) +(气) (气)+(气)现分别从两条途径达平衡：A、B起始浓度均为molL.D起始浓度分别为mol，mol下面正确的是（）,A D,达平衡时，途径混合气体的密度为途径密度的/,达平衡时，（速率相等）,两条途径最终达平衡时，体系内混合气体的体积分数不相同,两条途径最终达平衡时，体系内混合气体的体积分数相同,在一固定容积的密闭容器中，充入2.0 mol A和1.0 mol B发生如下反应： 2A(g)B(g) xC(g)达到平衡后，C的体积分数为(C)。若维持容器体积和温度不变，改为充入0.6 mol A、0.3 mol B和1.4 mol C为起始物质，反应达平衡后，C的体积分数也为(C)，则x可能为( ) A.1 B.2 C.3 D.4,BC,例6,联系：复习学案P36 第16题,例7、在恒温、恒压的条件下，向可变容积的密闭容器中充入3LA和2LB，发生如下反应： 3A（气）+2B（气） xC（气）+yD(气）达到平衡时，C的体积分数为m%。若维持温度压强不变，将0.6LA、 0.4LB、4LC、0.8LD作为起始物质充入密闭容器中,达到平衡时C的体积分数仍为m%,则x、y的值分别为( )A x=3 y=1 B x=4 y=1 C x=5 y =1 D x=10 y=2,C D,例8、在一定条件下， 2NO2 N2O4 ；H0,=2.25mol,=0,Y=3X,Z=0,X+Z/2=1 , Y+3Z/2=3,例14、在一个固定容积的密闭容器中，加入m molA,n molB发生下列反应：mA(气）+n B(气） pC（气） 平衡时C的浓度为Wmol/L,若容器体积和温度不变，起始时放入amolA,bmolB,c molC,若要平衡后C的浓度仍为Wmol/L,则a、b、c可以满足的关系是（ ）。A. a:b:c=m:n:p B. a:b=m:n, ap/m+c=pC. mc/p+a=m, nc/p+b=n D. a=m/3, b=n/3, c=2p/3,B C,在一定温度下，把2体积N2和6体积H2通过一个带活塞的体积可变的密闭容器中，活塞的一端与大气相通，发生 N2 (g)+3H2 (g) 2NH3 (g)，正反应为放热反应。若达平衡时，测得混合气体的体积为7体积。回答下列问题：保持上述反应体系温度不变，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物质的体积仍与上述平衡时完全相同，那么：（1）若a=1，c=2，则b=？ ；在此情况下，反应起始时将向哪一个反应方向移动？（2）若规定起始时向逆反应方向移动，则求出c的取值范围？,大气,N2 、H2、 NH3,拓展提高-牛刀小试,练习3.,,SO2 、O2、 SO3,如图所示，将4molSO2和2molO2混合置于体积可变的等压容器中，在一定温度下发生如下反应：2SO2 (g)+O2 (g) 2SO3 (g)，正反应为放热反应。该反应达到平衡状态A时，测得混合气体的总物质的量为4.2mol。若SO2、O2和SO3的起始物质的量分别用a、b、c表示，回答下列问题：（1）在达到平衡状态A的容器中通入少量O2，体系中SO2的体积分数 （