例析等效平衡原理及其應(yīng)用

1、.例析等效平衡原理及其應(yīng)用 一、等效平衡的概念在一定條件（恒溫恒容或恒溫恒壓）下，同一可逆反應(yīng)體系，無(wú)論是從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，或者從正、逆反應(yīng)同時(shí)開(kāi)始，在達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，反應(yīng)混合物中任何相同組分的百分含量（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)）均相同，這樣的化學(xué)平衡互稱等效平衡（包括“相同的平衡狀態(tài)”）。對(duì)概念的幾點(diǎn)說(shuō)明：外界條件相同：通?？梢允呛銣睾闳莺銣睾銐?；“等效平衡”與“完全相同的平衡狀態(tài)”不同：“等效平衡”只要求平衡混合物中各組分的百分含量(物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù)等)對(duì)應(yīng)相同即可，而對(duì)于物質(zhì)的量、濃度、壓強(qiáng)、反應(yīng)速率等可以不相同；平衡狀態(tài)只與始態(tài)有關(guān)，而與途徑無(wú)

2、關(guān)，只要物料相當(dāng)，就能達(dá)到相同的平衡狀態(tài)。二、等效平衡建立的條件及類(lèi)型1.恒溫恒容的等效平衡在恒溫恒容條件下，對(duì)于反應(yīng)前后氣體體積改變的反應(yīng)（即V0的體系）：若改變起始加入情況，只要通過(guò)可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算成方程式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相等，則兩平衡等效；在恒溫恒容條件下，對(duì)于反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)（即V0的體系）：只要反應(yīng)物（或生成物）的物質(zhì)的量的比與原平衡相同，則兩平衡等效；2.恒溫恒壓的等效平衡在恒溫恒壓條件下，若改變起始加入情況，只要通過(guò)可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算成方程式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則兩平衡等效。三、等效平衡在解化學(xué)平衡試題中的

3、應(yīng)用1.求不同起始狀態(tài)的各物質(zhì)的物質(zhì)的量例1、在一定溫度下，把2molSO2和1molO2通入一個(gè)一定容積的密閉容器里，發(fā)生如下反應(yīng)：2SO2O22SO3，當(dāng)此反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，反應(yīng)混合物就處于化學(xué)平衡狀態(tài)?，F(xiàn)在該容器中，維持溫度不變，令a、b、c分別代表初始加入的SO2、O2和SO3的物質(zhì)的量。如果a、b、c取不同的數(shù)值，它們必須滿足一定的關(guān)系，才能保證達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡完全相同，請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白：若a=0，b=0，則c= 。若a=0.5則b= ，c= 。a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請(qǐng)用兩個(gè)方程式表示，其中一個(gè)只含a和c，另一個(gè)只含b和c）： 。

4、解析：根據(jù)題意為恒溫恒容且V0條件下的等效平衡，應(yīng)滿足按方程式計(jì)量數(shù)關(guān)系換算成SO2和O2的物質(zhì)的量與原來(lái)起始加入SO2和O2的物質(zhì)的量相等。即a+c=2，2b+c=2，由此可得中c=2，中b=0.25，c=1.5。例2、在一個(gè)盛有催化劑的固定容積的密閉容器中，保持一定的溫度，進(jìn)行以下反應(yīng)H2(g)+Br2(g)2HBr(g)，已知加入1molH2和2molBr2時(shí)，達(dá)到平衡后生成amolHBr，在相同條件下，保持平衡時(shí)各組分的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不變，對(duì)的狀態(tài)，填寫(xiě)表中空白。編號(hào)起始狀態(tài)物質(zhì)的量平衡HBr物質(zhì)的量H2Br2HBr120a240 10.5amn(n2m) 解析：根據(jù)題意為恒溫恒容且V0

5、條件下的等效平衡，應(yīng)滿足按方程式計(jì)量數(shù)關(guān)系換算成H2和Br2的物質(zhì)的量之比與原來(lái)起始加入H2和Br2的物質(zhì)的量之比相同。H2(g)+Br2(g) 2HBr(g) n平(HBr)從題干可知n(H2)n(Br2)n平(HBr)12a，所以狀態(tài)下n(H2)n(Br2)n平(HBr)242a；起始狀態(tài)時(shí)，有1mol HBr，則相當(dāng)于起始時(shí)有H2和Br2分別為0.5mol和0.5mol，按n(H2)n(Br2)n平(HBr)12a，可得狀態(tài)時(shí)n(H2)n(Br2)n平(HBr)0.510.5a，所以原有H2和Br2分別為0mol和0.5mol；設(shè)起始時(shí)n(HBr)為x mol，則相當(dāng)于H2和Br2總量分

6、別為(m0.5x)mol和(n0.5x)mol，設(shè)平衡時(shí)n平(HBr)為ymol，則(m0.5x)(n0.5x)y=12a，解之，x=2(n2m)，y=(nm)a。2. 確定化學(xué)反應(yīng)方程式前的系數(shù)例3、在一固定容積的密閉容器中，充入2 mol A和1 mol B發(fā)生如下反應(yīng)：2A(g)+B(g) xC(g)，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)為；若維持容器體積和溫度不變以0.6molA、0.3molB和1.4mol C為起始物質(zhì)，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)也為，則x的值為（ ） A4 B3 C2 D1解析：由題意知兩次投料不同的平衡需為等效平衡。因x值不定可為兩種類(lèi)型的等效平衡。若為恒溫恒容且V0條件下的

7、等效平衡，兩次反應(yīng)物投料比相同即可。均為1:2相同，即x=3滿足題意；若為恒溫恒容且V0條件下的等效平衡，換算為方程式右邊兩次投料相等即可。即x=1.4+0.3x，解得x=2滿足題意。答案 BC。3判斷某些化學(xué)平衡移動(dòng)的方向例4、某溫度下，在一容積可變的容器中，反應(yīng)2A(g)+2B(g)2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4mo1、2mo1和4mo1。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量作如下調(diào)整，可使平衡右移的是（ ）A. 均減半 B. 均加倍 C. 均增加1mo1 D. 均減少1mo1解析：在恒溫恒壓條件下，把加入的物質(zhì)按照反應(yīng)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)換算為反應(yīng)物或生成物

8、，物質(zhì)的量之比相同即為等效平衡。選項(xiàng)A、B中三者比例為2：1：2，與題中比例一致，為等效平衡，平衡不移動(dòng)；C可設(shè)想為兩步加入，第一次加入1molA、0.5mo1B、1mo1C，此時(shí)平衡不移動(dòng)，第二次再加入0.5mo1B（此法與一次性各加入1mo1等效），增加了反應(yīng)物濃度，平衡右移；D也可設(shè)想作兩步：先將A減少1mol、B減少0.5mo1、C減少1mo1，此時(shí)平衡不移動(dòng)。再將B減少0.5mo1，降低了反應(yīng)物濃度，平衡左移。答案 C。4.判定化學(xué)平衡中某些物理量的大小關(guān)系例5、在一恒溫恒壓密閉容器中，A、B氣體可建立如下平衡：2A(g) +2B(g)C(g)+3D(g)現(xiàn)分別從兩條途徑建立平衡：A

9、、B的起始量均為2mo1；C、D的起始量分別為2mo1和6mo1。下列敘述正確的是（ ） A、兩途徑最終達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)混合氣體的百分組成相同B、兩途徑最終達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)混合氣體的百分組成不同C達(dá)到平衡時(shí)，途徑的和途徑體系內(nèi)混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量相同D達(dá)到平衡時(shí)，途徑的氣體密度為途徑的1/2解析：將進(jìn)行換算2mo1C和6mo1D完全反應(yīng)轉(zhuǎn)化為4mo1A，4mo1B，其比值與相同，再結(jié)合恒溫恒壓條件，所以兩平衡等效。兩途徑可以設(shè)計(jì)為如下過(guò)程：恒溫恒壓 2mo1A 2mo1B 加入 2mo1A 2mo1B 已達(dá)平衡 2mo1A 2mo1B 已達(dá)平衡 2mo1A 2mo1B 已達(dá)平衡 故體系

10、內(nèi)混合氣體的百分組成相同，混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量相同，混合氣體的密度也相同。答案 AC。例6、可逆反應(yīng)A(g)B(g)2C(g)在固定容積的容器中進(jìn)行，如果向容器中充入1mol A和1mol B，在某溫度下達(dá)到平衡時(shí)，C的體積分?jǐn)?shù)為m%；若向容器中充入1mol C，在同樣的溫度下達(dá)到平衡時(shí)，C的體積分?jǐn)?shù)為n%，則m和n的關(guān)系正確的是（ ）AmnBmnCm=nD無(wú)法比較解析：將1mol C物質(zhì)換算生成0.5mol A和0.5mol B，其比為1:1與第一種投料方式比值相同，再結(jié)合恒溫恒容且V0條件，所以兩平衡等效。兩途徑可以設(shè)計(jì)為如下過(guò)程：恒溫恒容 0.5mo1A 0.5mo1B移走 0.5m

11、o1A 0.5mo1A 0.5mo1B 0.5mo1B 已達(dá)平衡 已達(dá)平衡 0.5mo1B0.5mo1B0.5mo1A 0.5mo1B 已達(dá)平衡 0.5mo1B0.5mo1B故兩個(gè)平衡中C的體積分?jǐn)?shù)相等。但要注意在第二個(gè)平衡狀態(tài)中C的濃度、混合氣體的密度是第一個(gè)平衡狀態(tài)的一半。 答案C。例7、在相同溫度下，有相同體積的甲、乙兩容器，甲容器中充入1g N2和1g H2，乙容器中充入2g N2和2g H2。下列敘述中錯(cuò)誤的是（ ）A化學(xué)反應(yīng)速率：乙甲B平衡后N2的濃度：乙甲CH2的轉(zhuǎn)化率：乙甲D平衡混合氣中H2的體積分?jǐn)?shù)：乙甲1g N2 1g H2 1g N2 1g H2 1g N2 1g H2

12、2g N2 2g H2 解析：因?yàn)橐业耐读狭空檬羌椎膬杀叮僭O(shè)開(kāi)始時(shí)乙的容器體積也是甲的兩倍（如圖所示），則此時(shí)甲與乙是等效平衡。再將乙容器體積壓縮至與甲相等（如圖中丙），相當(dāng)于加壓，在此過(guò)程中平衡：N23H22NH3要向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即N2、H2的轉(zhuǎn)化率增大，在體系中的體積分?jǐn)?shù)減小。但要注意丙中N2、H2、NH3的濃度都比甲中大，但丙中N2、H2的濃度要小于甲中的兩倍，而丙中NH3的濃度要大于甲中的兩倍。答案 D。例8、體積相同的甲、乙兩個(gè)容器中，分別充有等物質(zhì)的量的SO2和O2，在相同溫度下發(fā)生反應(yīng)：2SO2O22SO3并達(dá)到平衡。在這過(guò)程中，甲容器保持體積不變，乙容器保持壓強(qiáng)不變，若甲容器中SO2的轉(zhuǎn)化率為p%，則乙容器中SO2的轉(zhuǎn)化率為（ ）A等于p%B大于p% C小于p% D無(wú)法判斷nmolSO2 nmolO2 nmolSO2 nmolO2 nmolSO2 nmolO2 解析：根據(jù)題意，甲、乙兩容器可設(shè)計(jì)為如圖所示裝