化学反应速率和化学平衡讲练教程

1、36GSJ 化学反应速率和化学平衡专题 GSJ化学反应速率和化学平衡讲练教程1 反应速率 1.1概念化学反应速率是用来衡量化学反应进行快慢程度的物理量。定义式 单位：molL-1s-1、molL-1min-1、molL-1h-1 等： 表示化学反应速率时要指明具体物质,同一个反应选用不同物质表示的速率，数值可能会不同，但意义相同，其速率数值之比等于相应反应物计量数之比。 比较同一个反应在不同条件下速率大小，要折算为同一物质表示的速率进行比较,或求出各不同物质表示的速率与对应物质化学计量数的比值，比值大的反应速快。 1.2 外界条件对反应速率的影响 化学反应速率的大小首先取决于反应物的本质特性(

2、内因)，其次是外界条件的影响。浓度 C- (增加固态反应物量不能改变反应速率。固态反应物速率与其粉碎程度，既表面积大小有关。压强 P- (压强对速率的影响实质是浓度对速率的影响。因此，压强只能影响有气体参与的化学反应的速率，只有能造成反应物气体浓度发生变化的压强改变，才能对化学反应速率有影响。) 温度 T- (此规律适合任何化学反应。温度升高10，速率可提高到原来的 2 至 3 倍 () 催化剂 使用催化剂可以极大改变反应速率，通常指加快反应速率。其它 对于同一个反应，以原电池方式发生，其速率比直接的化学反应速率大。此外，光、反应物粒度大小、溶剂等也对反应速率有影响。练1-01 某温度时，容积

3、为 2L 的密闭容器时，X、Y、Z 三种气态物质的物质的量随时间变化情况如图：(1)写该反应的化学方程式 3X + Y 2Z(2)在 3mn 内 X 的平均反应速率为 0.05 molL-1min-1练1-02用铁和稀硫酸制氢气，不能加快氢气生成速率的措施是(B)A用等质量的铁粉代替铁片 B.用98%浓硫酸代替稀硫酸 C. 在稀硫酸中滴加少量CuSO4 溶液 D.溶液加热练1-03 在2L的密闭容器中,加入4molA 和 6mol B,发生如下的反应 4A(g)+6B(g)4C(g)+5D(g),若经 5s后, 余下 A 是 2.5mol, 则 B 的反应速率是(B)A. 0.45mol/(L

4、.s) B. 0.225mol/(L.s)C. 0.15mol/(L.s) D. 0.9mol/(L.s)练1-04 某温度下,浓度都是 1mol/L 的气体 X2 和 Y2 ,在密闭容器中反应生成 Z 气体达到平衡后 c(X2)为 0.4mol/L ,c(Y2)为 0.8mol/L, 生成 Z 为 0.4mol/L. 则该反应方程式是()A. X2 2Y2 2X2 B. 2X2 Y2 2X2Y C. 3X2Y2 2X3Y D. X2 3Y2 2XY2 练1-05 已知4NH3+5O24NO+6H2O,若反应速率分别用 (NH3)、(o2) (NO)、(H2O) 表示 ,则正确的关系是()A.

5、 (4/5)(NH3)(O2) B. (5/6)(O2)(H2O) C. (2/3)(NH3)(H2O) D. (4/5)(O2)(NO)练1-06 反应物浓度均为 0.10mol/L 下列各组反应中，反应速率最大的是()A. 0 H2 + F2 B. 40 H2 + Cl2 C. 200 H2 + Br2(g) D. 300 H2 + I2(g) 练1-07常温下分别将四块形状相同, 质量均为4g的铁块同时投入下列四种溶液中,铁块首先溶解()A. 150ml 2mol/L 盐酸 B. 500ml 2mol/L 硫酸 C. 50ml 3mol/L 盐酸 D. 20ml 18.4mol/L 硫酸

6、练1-08 把下列四种 X 溶液分别加进四个盛有 10ml 2mol/L 的盐酸溶液的烧杯中.并加水稀释到 50ml,此时 X 与盐酸反应, 其中反应速率最大的是.(A)A. 20ml 3mol/L B. 20ml 2mol/L.C. 10ml 4mol/L D. 10ml 2mol/L.练1-09 已知有反应 A(g) + 3B(g) 2C(g) + D(g) 在四种不种情况的下反应速率为： (A)0.15 molL-1s-1 (B)0.6 molL-1s-1 (C)0.4 molL-1s-1 (D)27molL-1min-1 则该反应进行快快慢顺序为 >=> 提示在比较速率大小

7、时,先要把速率单位换算为一致.练1-10 将ag 块状碳酸钙与足量盐酸反应,反应物损失的质量随时间变化曲线如图所示.在相同条件下,将bg (a>b)粉末状碳酸钙与同浓度盐酸反应,则相应的曲线(图中虚线所示)正确的是（ C ）练1-11 在密闭容器中进行反应N2 + O2 2 NO ,当保持温度不变时下列措施能使反应速率增大的 (A B)A.缩小容器体积，使压强增大 B.保持体积不变，充入N 使压强增大C. 保持体积不变，充入He使压强增大 D.扩大容器体积，使压强减小 练1-12 下列各组溶液同时开始反应，出现混浊最早的是(A B)A.20时，5ml0.05mol/L 硫代硫酸钠溶液与

8、5ml 0.1mol/L 硫酸溶液混合B. 20时，50ml 0.10mol/L 硫代硫酸钠溶液50ml 0.1mol/L 硫酸溶液混合C. 10时，5ml 0.05mol/L 硫代硫酸钠溶液与5ml 0.1mol/L 硫酸溶液混合D. 10时.5ml0.10mol/L 硫代硫酸钠溶液与5ml 0.1mol/L 硫酸溶液混合练1-13 把除去氧化膜的镁条投入盛有稀盐酸的试管中，发现生成的氢气速率如图所示，其中 T1-T2 变化的主要原因是 该反应为放热反应，温度(升高)对反应速率的影响大于c(H+)浓度(降低)对反应速率的影响。； T2-T3变化的主要原因是 在T2-T3 时段c(H+)浓度减

9、少使反应速率降低的影响大过温度升高对反应速率的影响。 2 化学平衡2.1 化学平衡态及其建立如图，可逆反应进行的过程中，若开始只有反应物，没有生成物。则(正)最大，逆)为零。随着反应的进行，反应物不断减少，生成物就不断增加， (正)越来越小，(逆)越来越大，反应进行到某一时刻，(正)(逆)，就达到了化学平衡。 化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组份的含量保持不变的一种状态。2.2 化学平衡的特征 逆: 化学平衡研究的对象是可逆反应。 动：虽(正)(逆)但速率不为零，反应仍在不停地进行，既是动态平衡。 等：(正)(逆)同物质的生成速率等于消耗速率

10、。既单位时间，单位体积，同一物质的生成量与消耗转化量相等。 定：混合物各组份的不再改变。 同：对于同一可逆反应,在相同条件下,无论反应从正反应开始还是从逆反应开始,或以一定的配比投入反应物或生成物，使正逆反应同时开始，只要外界条件相同，都可以达到相同的平衡态，既殊途同归(等效平衡)。 变：外界条件发生改变，使 (正)(逆)，各组分物质的发生改变调整，进而建立新平衡。2.3 化学平衡的标志一个可逆反应达到平衡状态的最根本标志是 (正)(逆)运用速率标志要注意:正逆反应速率相等是指用同一种物质表示的反应速率.若一个可逆反应的正逆反应速率是分别用两种不同物质表示时,则当这两者的速率之比应等于这两种物

11、质的化学计量数之比时才标志着化学平衡了。 因(正)(逆)其必然结果是反应混合物各组分的含量保持不变，所以，各组分物质的量或物质的质量，或浓度，或含量不再随时间而改变也一定标志着化学平衡了。 如果一个可逆反应达到平衡状态，则整个反应体系的物理参数，如总压强、总体积、总物质的量以及气体的平均分子量和密度等肯定都要保持定值，不会再随时间而改变。但反过来，在一定条件下，这些物理参数若保持不变的可逆反应，不一定就达到了化学平衡，要作具体分析。如：aA(g)+bB(g)Cc(g)+dD(g) 若a+bc+d , 由于反应前后气体分子数始终不发生改变,使反应体系的总压、平均分子量等参量在任何时刻都保持不变,

12、因此,这种情况下这些物理参量不能作为化学平衡态的标志。练2-01 在一密闭容器中充入一定量的 SO2 和 O2 ，在一定条件下发生反应：2SO2 + O2 2SO3 。当反应达到平衡时，再向容器中充入一定量的188 O2 ，重新达平衡后，容器内存在的 188O 的粒子是 (D)A只有 O2 B只有 SO3 C.只有 O2 和 SO3 D.O2、SO2、SO3练2-02 可逆反应 N2 + 3H2 2NH3 正逆反应速率可用各反应物或生成物的浓度变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是 (C) A.3正(N2)正(2) . 正(N2)逆(NH3) C.2正(H2)3逆(NH3) D.

13、 正(N2)3逆(H2)练2-03 在一定温度下,反应 A2(g)+ B2(g)2AB(g)达到平衡的标志是(C) A.单位时间生成n mol的A2 ，同时生成 n mol的ABB.密闭容器内总压强不随时间变化C.单位时间生成2n mol的AB，同时生成n mol的B2 D.单位时间生成n mol的A2 ，同时生成的n molB2练2-04 下列可逆反应一定处于平衡状态的是 (BC)A.2HBr(g) Br2 (g) + H2 (g) , 增大压强，体系颜色加深B.N2(g)+ 3H2 (g) 2 NH3 (g) 测得正反应速率(N2)0.01 molL-1min-1,逆反应速率，(NH3 )

14、0.02 molL-1mn-1 C.2SO2 (g)+ O2 (g) 2SO3(g),在 t1 和t2 时刻SO2 的转化率为 40% D.2CO(g)+ O2 (g) 2CO2(g)，测得混合物中CO、O2和CO2的物质的量之比为 2:1:1练2-05 在一定温度下的定容密闭容器中,当物质的下列物理量不再变化时，表明反应 A(s)+2B(g)C(g)+D(g) 已达平衡的是(BC)A. 混合气体的压强 B. 混合气体的密度 C. B的物质的量浓度 D. 气体的总物质的量 3 影响化学平衡的条件3.1 化学平衡的概念 化学平衡移动过程可表示如下：一定时间后条件改变 t1t2 t2t3 t3t4

15、 原平衡态 平衡破坏 建立新的平衡(正 )(逆 ) (正 )(逆 ) (正 )(逆 ) 各组分含量保持一定 各组分含量发生变化 各组分含量又保持新的一定 化学平衡移动 达到平衡状态的可逆反应，在条件改变后，平衡状态被破坏， 然后在新的条件下达到新的平衡状态的过程，叫做平衡移动。如上图中 t2t3 时段内发生的变化过程。 平衡移动方向的判据 通过比较平衡破坏瞬时的正逆反应速率的相对大小来判断平衡移动方向。若外界条件改变，引起(正)>(逆)， 此时正反应占优势，反应式右边生成物的浓度较平衡破坏时的瞬时浓度增大，反应式左边反应物的浓度较平衡破坏时的瞬时浓度减小了，则称化学平衡向正(或向右)反应

16、方向移动； 若外界条件改变，引起(正)<(逆)， 此时逆反应占优势，反应式左边反应物的浓度较平衡破坏瞬时的浓度增大，反应式右边生成物的浓度较平衡破坏时的瞬时浓度减小了，则称化学平衡向逆(或向左)反应方向移动。 若外界条件改变，虽能引起原(正)和 (逆)的变化，但变化后新的，(正)和 ，(逆) 仍保持相等，则称化学平衡没有发生移动。在实际中更多是借助平衡移动后的效果，如体系压强、密度和气体平均相对分子量等改变情况来判断平衡移动方向。但它们并不是在任何情况都可作为平衡移动方向的判据。下面就通式 ： mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g); H<0 (正反应为放热)为例讨

17、论：压强 若 m + n p + q 则压强变化可作为判据；若m + n p + q 则压强不能作为判据。温度 因任何反应均拌随能量的变化，所以在绝热条件下可以通过比较新平衡态与旧平衡态温度的变化来判断平衡移动的方向。 m(g)密度 从密度的定义式 - 可知只有对发生了气态转化为固态或液态 (V)的可逆反应，既反应中气体总质量有发生改变的，才可以通过比较新平衡态与旧平衡态密度变化来判断平衡移动的方向。m平均相对分子质量 Mr- 设旧平衡时的平均相对分子质量为M1，新平衡时平均相 n 对分子质量为M2。在反应前后气体总质量不变的前提下，分三种情况讨论：若 m + n > p + q 当M1

18、<M2 , 则平衡右移；当M1>M2 , 则平衡左移。若 m + n < p + q 当M1<M2 , 则平衡左移；当M1>M2 , 则平衡右移。.若 m + n p + q 无论平衡是否移动，也无论平衡左移还是右移，总有M1M2 保持恒定，因此平均相对分子质量就不能作为平衡移动的判据了。 转化率 在由改变反应物浓度而引起的平衡移动的问题中，转化率变化与平衡移动方向没有必然的相关，不能作为平衡移动的判据。不要误认为转化率提高，化学平衡一定正向右移。只有在非浓度变化(如改变温度)而引起的平衡移动中，转化率若提高，平衡才一定是正向右移。3.2 勒沙特列原理 浓度 规律

19、 增加反应物浓度或减少生成物的浓度，都可以使平衡朝着正向右移；减少反应物浓度或增加生成物的浓度，都可以使平衡朝着逆向左移。 理解 增加反应物浓度或减少生成物的浓度，使 ,(正)>,(逆) 平衡正向右移；减少反应物浓度或增加生成物的浓度，使 ,(正)<,(逆) 平衡逆向左移。-t函数图 注意点 增加或减少固态物质(或液态纯物质)不能使平衡发生移动。 压强 规律 在含有气态物质的平衡体系里，增大压强，平衡向着气体体积缩小的反应方向移动；降低压强，平衡向着气体体积增大反应方向移动。 理解 讨论压强对平衡的影响应归结为浓度对平衡的影响。如恒温下，通过缩小盛气体的容器体积来增大气体体积，相当

20、于将各反应物和各生成物气体的浓度同等倍数增大，使正逆反应速度都提高了，但提高的幅度不同，气体体积缩小的反应速率提高幅度大，结果平衡就向气体体积缩小的反应方向移动了。 -t 函数图 注意点 因压强的影响实质是浓度的影响，所以只有当这些“改变”能造成浓度改变时，平衡才有可能移动。对反应前后气体体积不变的平衡体系，压强改变不会使平衡态发生移动。恒温恒容下，向容器中充入惰性气体，平衡不发生移动。因压强虽增加，但各反应物和生成物的浓度都不改变。恒温恒压下，向容器中充入惰性气体，平衡会向气体体积增大的反应方向移动。因容器体积要增加，各反应物和生成物的浓度都降低引起平衡移动。 温度规律 升高温度，平衡向吸热

21、反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。理解 升高温度，正逆反应速率都要提高，但吸热反应的速率提高的幅度更大，使平衡向吸热反应方向移动了。 -t 函数图 注意点 对任何一个平衡体系，温度改变都会使平衡发生移动。 催化剂可以极大改变反应的速率，缩短(或延缓)到达平衡所需的时间，因催化剂能同等程度改变正逆反应速率，故对平衡状态不影响，既使用催化剂不能改变可逆反应所能达到的最大限度，不能提高反应转化率，不能改变原有平衡的各组份含量。勒沙特列原理如果改变影响化学平衡的一个条件(浓度、压强、温度)平衡就会向着能够减弱这种改变的方向移动。学习中要特别注意理解“减弱”的含义。它是指平衡移动的结果只能

22、减弱外界的变化，而不能完全抵消外界条件的变化，更不能“超越”这种变化。如原平衡体系的压强为P，若它条件不变，将体系压强增大到2P，平衡将向气体分子数减小的方向移动，当新平衡建立时，体系压强将介于P-2P之间。勒沙特列原理又称平衡原理，平衡移动原理能判断平衡移动的方向，但不能推断建立新平衡所需的时间，它不能用来解释催化剂改变速率的问题。平衡移动原理适用于所有的动态平衡，但它不适用末达平衡的体系。 平衡移动方向和移动后结果的关系(1)如:在一密闭容器进行可逆反应mA(g) + n B(g) Pc(g) + q D(g) 已知 m + n > p + q 正反应为放热反应。设 为组分含量、M为

23、平均分子量、为转化率。平衡移动方向与平衡移动后结果、M、有如下关系： 压强：增加压强，平衡移向减少气体分子数的反应； (A) (D) M 温度：升高温度，平衡移向吸热反应有 (A) (D) M 增加某一反应物浓度，另一种反应物的转化率提高，而本身的转化率降低。(2)平衡移动方向和转化率的关系平衡移动是指因外界条件改变，原平衡破坏到新平衡建立的整个过程。平衡移动的方向是决定于平衡破坏瞬间的正逆反应速率的相对大小，而不是决定于新旧两个平衡态的(A)新 或 (A)新。的相对大小。平衡向右正移，新平衡时的转化率不一定比原平衡时的转化率增加；新平衡时的转化率比原平衡时的转化率小，平衡也不一定向左逆移。平

24、衡发生移动了，新平衡时转化率也不一定改变。(3)增加反应物用量对平衡移动方向及转化率的影响规律。 首先要明确，增加反应物用量若能引起平衡移动的话,则一定是正向右移，而增加反应物的用量对转化率的影响则要分别情况讨论:（I）若反应物只有一种,如 aA(g)bB(g)+Cc(g) ()若是在恒温恒压条件下增加A的量，平衡不会发生移动,反应物A转化率不变。 ()若是在恒温恒容条件下，反应物A的转化率的变化与气体物质的化学计量数有关：若ab+c, (A)不变; 若a>b+c,则(A)增大; 若a<b+c,则(A)减小。可见, 判断增大或减小反应物浓度引起转化率的改变，可按加压或减压处理。(I

25、I)若反应物不止一种,如 mA(g)+bB(g)PC(g)+qD(g) 若只增加A的量，平衡正向右移, (B)增大，(A)反而减小； 若按原反应物投料比例同倍数增加A和B的量，分两种情况：()若是在恒温恒压条件下,平衡不会发生移动,平衡态不变, 反应物A和B的转化率均不变。()若是在恒温恒容条件下，对转化率的影响则与气体物质的化学计量数有关：当m+np+q时, (A)和(B)均不变化;当m+n<p+q ,(A)和(B)均减小; 当m+n>p+q 时, (A)和(B)均增大。可见，对转化率的影响等同于按恒容加压处理的结果 讨论 有三个可逆反应分别在三个容积固定的容器中进行2HI(g)

26、 H2(g)+I2(g)； 2NO2(g)N2O4(g)；PCl5(g)PCl3(g)+ Cl2(g) 在保持温度一定条件下，达到平衡后再向容器中各加入一定量的反应物。试讨论平衡移动的方向以及重建平衡后转化率与第一次平衡时相比变化的情况(增大、减小或不变)。(4) 平衡移动后对平均相对分子质量(Mr)的影响 Mr(平)= m(g)/ n(g) 例 在一个密闭容器中发生如下可逆反应 3A(g) 3B(?) + C(?) (正反应为吸热)当体系达到平衡后,升高温度,试讨论: 若B.C 都是气体,则 Mr减少。 因升温，平衡右移，总质量m(g)不变，n（总）增大，Mr减少。 若B.C 都不是气体,则

27、Mr=M(A),不变。因容器仅有一种气体A,虽n(A)在改变,但M(A)不会变。 若B是气体，C不是气体，则Mr减少。因n(总)不变,升温,平衡正向右移, 总质量m(g)减少了。3.3 平衡移动习题类型和解法思路平衡移动习题可归纳为三类:甲、已知反应方程式三要素(物态、计量数、反应热)和反应的条件，确定平衡移动方向(或进而推断移动后结果及现象)；乙、已知反应方程式和平衡移动方向，选择反应条件；丙、已知反应条件和平衡移动方向，判断反应式中三要素。解题中要注意：首先要清楚可逆反应方程式中的三要素,即各物质的状态、各物质的化学计量数关系及反应热,其次要明确平衡移动方向和移动后结果的关系。练3-01

28、在恒温条件下,将NO2装入有活塞的圆筒中发生反应 2NO2(g)N2O4(g) 达到平衡,慢慢压缩气体体积,下列叙述正确的是. (CD) A.体积减半,则压强为原来的二倍. B.平衡右移,气体颜色变浅.C.体积减半,压强增大,但小于原来的二倍. D.平衡右移,混合气体密度增大练3-02 在密闭容器中，可逆反应Aa(g) Bb(g)达到平衡后，保持温度不变，将容器体积增大一倍，当达到新的平衡建立时，B 的浓度是原来的 60，则新平衡较原平衡而言： 化学平衡向 右 移动； 物质 A 的转化率 增大 ； 物质 B 的质量分数 增大 ，物质 B 的浓度 减小 (填增，减小，不变) 化学计量数 a 和

29、b 的大小关系为 a < b 练3-03 一定量混合气体, 在密闭容器中发生如下反应: mA(g) nB(g) pC(g) 达到平衡后将气体体积压缩到原来的二分之一, 当达到新平衡时, C 的浓度为原来的1.9 倍.若压缩过程保持温度不变,则下述叙述正确的(BC)A. m n >p B. 平衡向逆反应方向移动 C. A 的转化率降低 D. C 的体积百分含量增大练3-04某密闭恒定体积的容器中,在500时,可逆反应2HI(g) H2(g)+I2(g)-Q 达平衡。现将温度升到600重新建立平衡时,混合气体总物质的量 不变_(变,不变),容器内气体颜色将_变深_(变深,变浅),容器内

30、压强_变大_因温度升高引起(变大,变小),氢气的体积百分含量_增大_(增大,减少)练3-05 下列反应达到平衡后，增大压强或升高温度，平衡都向正反应方向移动的是(B)A.2NO2 N2O4 (正反应放热反应) B.3O2 2O3 (正反应为吸热反应) C.H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g) (正反应为放热反应)D.NH4HCO3 (s) NH3 + H2O + CO2 (正反应为吸热反应) 练3-06 某温度下，反应 ClF(g) + F2 ClF3 (g) 正反应为放热反应)在密闭容器中达到平衡。正确说法中正确的是 (A)A.温度不变，缩小体积，ClF 的转化率增大 B.温度不

31、变，增大体积，ClF3 的产率提高C.升高温度，增大体积，有利于平衡向正反应方向移动D.降低温度，体积不变，F2 的转化率降低 练3-07 氨氧化制硝酸,吸收塔内发生反应 3NO2(g) + H2O(l)2HNO3 (aq)+ NO + Q 要提高反应的转化率，增加浓硝酸的产量，应采取的措施 (AD) A. 加压 B. 加大水量 C. 升温 D. 降温练3-08 对于是 CO2(g) + C(s)2CO (g) + Q ,下列各条件变化时两项均能使平衡向右移动的 (C)A加压 升温 B加压 降温 C减压 降温 D减压 升温练3-09 一定温度下，在一恒容的密闭容器中，可逆反应有 2NO2(g)

32、 N2O4 (正反应为放热) 达到平衡时，升高温度，发生的平衡移动对容器中混合气体的正确影响是 (AD)A混合气体的压强增大 B混合气体颜变浅的C混合气体的密度变小 D混合气体的总质量不变 练3-10 在密闭容器中进行下列的反应已达到平衡,其中混合气体平均分子量将随容器体积缩小而增大的是 (AC)A. N2(g)3H2(g)2NH3(g) B. H2(g)I2(g)2HI(g) C. 2NO2(g)N2O4(g) D. 2NH3(g)CO2(g)CO(NH2)(s)H2O(g)练3-11 体积相同的甲、乙两个容器中，分别充有等物质的量 SO2 和 O2 ，在相同温度下发生反应: 2SO2 +

33、O22SO3 并达到平衡。在这过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2 的转化率为 a% ,则乙容器中 SO2 的转化率为(B)A.等于a% B. 大于 a% C. 小于a% D.无法断定练3-12 相同容积的四个容器中进行同样的可逆反应: 2A(g) + B(g) 3C(g) + 2D(g) 起始时四个容器中所装 A 和 B 的量分别为在相同温度下建立平衡时,A 或 B 的转化率大小关系为 (A)A. A的转化率为: 甲 < 丙 < 乙 < 丁 B. A的转化率为: 甲 < 乙 < 丙 < 丁C. B的转化率为: 甲 < 乙

34、丙 < 丁 D. B的转化率为: 甲 > 丙 > 乙 > 丁4 等效平衡 4.1 等效平衡概念甲乙两个容器中分别进行同一个可逆反应，并都达到了化学平衡状态。若甲乙两个容器中各组份含量分数对应相等，则称甲乙两者为等效平衡。等效平衡可分为三类：(注意每类含量分数、物质的量n及物质的量浓度C )第类 甲乙容器恒温等容，（其间进行的是反应前后气态物质分子总数有发生变化的可逆反应），不仅各组份含量分数（）对应相等，而且各组份物质的量（n）也对应相等，当然各组份物质的量浓度（C）也对应相等。因此，甲乙实为等同平衡。显然，若起始投入两容器中各物质的浓度彼此对应相同，则建立的平衡必为等

35、效。第类 甲乙容器恒温等压，各组份含量分数（）虽对应相等，但各组份物质的量却不相同。甲乙两容器一个大，一个小，大的容器中各组份物质的物质的量分别是小容器中相应组份物质的量的等同倍数，其倍数为大小两容器体积比，所以，各组份物质的量的浓度（C）却是对应相等的。显然将反应达到平衡的两个小盒，在恒压下并合为一个大盒，则大盒与小盒必为等效平衡。 第III类 甲乙两个容器中分别进行同一个可逆反应，而且反应前后气态物质的分子总数恒定 a A(g) + b B(g) c C(g) + d D(g)； a+b = c+d , 并都达到了相同的化学平衡状态。那么，各组份含量分数（）必然对应相等。若两容器是在恒温等

36、压下建立的平衡，则情况同第类。即甲乙两容器各组份含量分数（）、物质的量浓度（C）对应相等；若两容器是在恒温等容下建立的平衡，则仅各组份含量分数（）对应相等，而两容器各对应组份的物质的量浓度（C）、物质的量（n）一般都不等，但两容器对应物质的浓度（C）或物质的量（n）比值是彼此一致的。 4.2 等效平衡判断判断不同投料方案是否能建立等效平衡的方法(归边极端处理法)(1)外界条件为恒温恒容时，只要将生成物按化学方程式计量数关系完全转化为反应物(作极端处理)，若处理后的各反应物的量与比较对象对应反应物的量分别一致，因是恒容，物质的量一致了，浓度也就一致了，这样则可建立相同的平衡态，否则就不能。(当然

37、也可作另一极端处理，全转为生成物) 如：氢气和氮气合成氨的反应，有A、B、C、D四种投料方案(单位：mol) N2 + 3H2 2NH3 N2 + 3H2 2NH3 A 1 3 0 1 3 0 B 0 0 2 1 3 0 C 0.5 1.5 1 1 3 0 D 1 3 2 2 6 0其中 A、B、C 的投料方案最终能建立等效平衡，D 的投料量则不能建立与A、B、C等效平衡。(2)外界条件为恒温恒压时，只要将生成物按化学方程式完全转化为反应物(作极端处理)，若处理后的各反应物的量与比较对象对应反应物的量比值分别一致，因是恒压，容积会按“比值”变化，也就使浓度一致了，这样则可建立相同的平衡态，否则

38、就不能。此例中，D的投料量经处理后 nd(N2):nA(N2) nd(H2):nA(H2)2 处理后各反应物的投料量都是A方案的2倍。因是恒压，此时容器的体积要扩大2 倍，各反应物的浓度与A 方案一致，故D、A为等效平衡，B、C的“比值”为1 ，所以A、B、C、D在该条件下建立的平衡都是等效的。(3)对于反应前后气体体积不变的反应，不论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要符合上述(2)的要术，就能建立相同的平衡。4.3 等效平衡投料方案的设计 (1)“站点法”设计恒温恒容下的等效平衡 3H2 + N2 2NH3 原始站 A 4 1 0中途站 B 3.4 0.8 0.4 : a b c 平衡站 P 2

39、.5 0.5 1.0中途站 C 1.6 0.2 1.6 : a b c 终极站 D 1.0 0 2 显然,从初始到平衡态的过程中,反应要经历中间的许多站点 B、C. 若以此站点值为起始投料方案,都能建立等效平衡. A和D 是达到平衡站点(P)两个极端.A 站点要经正向右移而达到平衡点P; D 站点要经逆向左移而达到平衡点P. 该例中,H2的取值在4mol-1mol之间.从一个站点到另一个站点各物质的变化量之比等于化学方程式计量数之比.如有: (4-a):(1-b): (0+c)3:1:2 (1+a): (0+b):2-c)3:1:2 等等.(2) “扩缩法”设计恒温恒压下的等效平衡 恒温恒压下

40、,将各物质的量增扩(或减缩)同样倍数都能建立相同的平衡态.因恒压,气体总体积要随之扩大(或缩小)相应的倍数,致使气体浓度没变,平衡没发生移动,所以这样建立的都是等效平衡。另一思路是用“并盒法”，恒温恒压下，将反应达到平衡的两个小盒并合为一个大盒，则大盒与小盒为等效平衡。 如图所示：练4-01 某温度下在1L容积固定的密闭容器中加入1molN2 和3molH2 使反应N2 + 3H2 2NH3 原 A 1 3 0(2)B 0.75 2.25 0.5(3)C x y z D x+z/2 y+3z/2 0(1)E 0 0 2 N2 + 3H3 2NH3 达到平衡，测得平衡混合气体中N2、H2、NH3

41、的浓度分别为 Mmol、Nmol、Gmol。如果温度不变，只改变初始物质的加入量，而要求M、N、G总保持不变，则N2、H2、NH3加入量用x、y、z 表示时， 应满足的条件是： 解析: 若x0 y0则z 若x0.75 则 y z x、y、z取值必须满足的一般条件是(用含x、y、z 的方程式表示，其一个含x、z，另一个含y、z) 答： (1)2；(2) 2.25, 0.5; (3) 2x+z2 3z+2y6容器起始加入的物质如右上图所示 A、B、C、D、E 都要达到相同的平衡态。这是恒温恒容下的等效问题，解法思路有三：解一“归边法” (1)(2)“归边”后答案见左示：(3)C投料归边为D，按第类

42、等效平衡的投料要求，有x+z/21， 得 2x+z2；有y+3z/23，得 2y+3z6。解二“站点法”设 C投料为A正向到达平衡点所经历的一个站点，则A到C各物质的变化量为：n(N2)1-x，n(H2)3-y， n(NH3)z。根据站点间物质变化量之比等于物质反应计量数之比，有：(1-x):z1:2 得 2x+z2； (3-y):Z3:2 得 2y+3z6。解三“守恒法”在恒温恒容下，等效平衡的不同投料方案，其所含原子数应守恒。容器起始加入的物质中含n(N)=2mol n(H)6mol 故：(1)当 x0 y0 则 z2 (2)当 x0.75 根据N 守恒,z2mol-0.75mol

43、5;20.5mol 由H原子守恒，y=(6-3×0.5)/22.25mol(3)同理,由N 守恒 2x+z2 由H 守恒 2y+3z6练4-02在一个盛有催化剂的容积可变的密闭容器中,保持一定的温度和压强,进行以下反应 N2 + 3H2 2NH3 已知加入1molN2 和4molH2时,达到平衡时生成amolNH3(见下表已知项)在相同温度压强下,保持平衡时各组分的体积分数不变.对下列编号状态填写表中空白。 ( 1.5a： 0, 0.5： 2(g-4m),(g-3m)a ) 已知编号起始态物质的量 n/mol平衡时氨的 物质的量n/molN2H2NH3140a1.560 1 0.5a

44、 mg(g4m)解 这是恒温等压的等效平衡问题，宜用“扩缩法”。依题意建立的是等效平衡。3)平衡1.5a因平衡时n(NH3)平衡0.5a所以投料归边后也应是比较对象的0.5倍，故 N2原起始投入量设为x，则应符合：x+1/21×0.5，则 x0；H2的原起始投入量设为y，则应符合: y+3/24×0.5，则 y0.5。设原起始时氨的投入量n(NH3)为z ,归边处理后 N2 为(m+z/2)mol，H2 为(g+3z/2)mol， NH30要达到等效平衡的投料要求,应符合:(m+z/2):1 (g+3z/2):4 , 得 z2(g-4m)因归边后投料对原起始比较对象的比值应

45、为 m+2(g-4m)/2:1 g-3m ，即“归边”后的投料对原起始投料的扩缩倍数为g-3m， 所以 n(NH3)平衡(g-3m)a练4-03 恒温恒压下,在一个可变容积的容器中发生如下反应: A(g)+B(g)C(g)若开始时放入1molA和1molB,达到平衡量生成amolC,这时A物质的量为 若开始时放入3molA和3molB,达平衡后,生成C的物质的量为 若开始时放入xmolA,2molB和1molC,到达平衡后,A和C的物质的量分别为ymol和3a mol,则 x mol,y mol。平衡时B的物质的量 (选填一个编号)(甲)大于2mol (乙)等于2mol(丙)小于2mol (丁

46、)可能大于、等于或小于2mol。 作出此判断的理由 。 (4)若在(3)的平衡混合物再加入3molC，待再次达到平衡后,C的物质的量分数是 若维持温度不变在一个与反应前起始体积相同,且容积固定的容器中发生上述反应。(5)开始时放入1molA和1molB到达平衡后生成bmolC。将b与(1)小题中的a进行比较 (选填一个编号)(甲)a (乙) (丙)(丁)不能比较a和b的大小 。作出此判断的理由 。解法提示 问应按恒温等压(变容)的等效平衡问题处理，而问应按恒温等容(变压)的等效平衡问题处理。(4)和(1)因为属等效平衡，所以平衡混合物中各物质的含量分别相等，但(4)问中各物质的量是(1)问中的

47、6倍。 答:(1)1-a ;(2)3a; (3)2, 3-3a, 丁;若3a>1 n(B)<2mol, 若3a1 n(B)2mol, 若3a<1 n(B)>2mol. ;(4) a/(2-a) ;(5)乙 因该反应正向为气体分子数减少的反应，(1)小题要保持恒压，容器容积必然要缩小,而(5)小题容积固定，所以压强要小于(1)的压强,有利于逆向反应, 反应达平衡后 a。练4-04 在一定条件下，向一活带活塞的兼容密闭容器中充入2molSO2和1molO2发生如下反应 2SO2 (g)+ O2(g) 2SO3 达到平衡后改变下述条件，SO3 气体平衡浓度不发生改变的是(B)

48、A.保持温度和容器体积不变，充入 1molSO3(g)B.保持温度和容器压强不变，充入 1molSO3(g)C.保持温度和容器压强不变，充入 1molO2(g)D.保持温度和容器压强不变，充入 1molAr(g)练4-05 在恒温恒容的条件下, 有反应 2A（g）2B（g）C（g）3D（g），现从两条途径分别建立平衡。途径：A、B的起始浓度均为2mol·L-1；途径：C、D的起始浓度分别为2mol·L-1和6mol·L-1。则以下叙述正确的是 ( AE )A. 两途径达平衡时，体系内混合气体的体积组成相同B. 两途径达平衡时，体系内混合气体的平均相对分子质量不同C

49、. 平衡时，途径的反应速率v（A）等于途径的反应速率v（B）D. 平衡时，途径所得混合气体的密度与途径所得混合气体的密度相等E. 平衡时，途径I所得混合气体的压强为途径II所得混合气体的压强的1/2练4-06甲、乙两容器都发生反应2A(g)+B(g) xC(g)，两容器温度和初始压强相同。甲容器中充入2molA和1molB，达平衡后，C在平衡混合气中的体积分数为、物质的量为n1；乙容器中充入1.4molA、0.7molB和0.6molC，达平衡后C在平衡混合气中的体积分数为、物质的量为n2。下列说法中正确的是（AD ） A若甲、乙两容器均为恒容容器，则x必等于2B若甲、乙两容器均为恒压容器，则x必等于3C若甲为恒压容器、乙为恒容容器，且x3，则n1必大于n2D若甲为恒容容器、乙为恒压容器，且x=3，则n1必大于n25 综合反应速率和化学平衡化工生产条件的选择(1)化学平衡是研究可逆反应进行的程度，既反应所能达到的最大限度,能达到的最大转化率；化学反应速率是研究反应进行的快慢，所需的时间问题。但反应速率大,转化率末必高。化工生产就是要综合速率及平衡规律，选择适宜的条件达到以尽可能快的速率得到尽可多的产品之目的。(2)勒沙特列