1、 18 应用应用“等效平衡等效平衡”判断平衡移动的结果判断平衡移动的结果 1等效平衡的含义 在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从 逆反应开始，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(质 量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。 2等效平衡的判断方法 (1)恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应 判断方法：极值等量即等效。 例如：2SO2(g)O2(g)2SO3(g) 2 mol 1 mol 0 0 0 2 mol 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol a mol b mol c mol 上述三种配比，按化学方
2、程式的化学计量数关系均转化为反应物，则 SO2均为 2 mol， O2均为 1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。 中 a、b、c 三者的关系满足：ca2，c 2b1，即与上述平衡等效。 (2)恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应 判断方法：极值等比即等效。 例如：2SO2(g)O2(g)2SO3(g) 2 mol 3 mol 0 1 mol 3.5 mol 2 mol a mol b mol c mol 按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则中nSO2 nO2 2 3，故互为等效平衡。 中 a、b、c 三者关系满足：ca c 2b 2 3，即与平衡等效。 (3)恒温条件下反应前后体
3、积不变的反应 判断方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反 应的化学平衡无影响。 例如：H2(g)I2(g)2HI(g) 1 mol 1 mol 0 2 mol 2 mol 1 mol a mol b mol c mol 两种情况下，n(H2)n(I2)11，故互为等效平衡。 中 a、b、c 三者关系满足 c 2a c 2b 11 或 ab11，c0，即与平衡等效。 3虚拟“中间态”法构建等效平衡 (1)构建恒温恒容平衡思维模式 新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。 (2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为
4、例，见图示) 新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。 对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持温度、体积不变，按要求回答下列 问题。 (1)PCl5(g)PCl3(g)Cl2(g) 再充入 PCl5(g)，平衡向_方向移动，达到平衡后，PCl5(g)的转化率_，PCl5(g) 的百分含量_。 答案 正反应 减小 增大 (2)2HI(g)I2(g)H2(g) 再充入 HI(g)，平衡向_方向移动，达到平衡后，HI 的分解率_，HI 的百分含 量_。 答案 正反应 不变 不变 (3)2NO2(g)N2O4(g) 再充入 NO2(g)，平衡向_方向移动，达到平
5、衡后，NO2(g)的转化率_，NO2(g) 的百分含量_。 答案 正反应 增大 减小 (4)mA(g)nB(g)pC(g) 同等倍数的加入 A(g)和 B(g)，平衡正向移动，达到平衡后，mnp，A、B 的转化率都增 大，体积分数都减小；mnp，A、B 的转化率、体积分数都不变；mn2p乙 BSO3的质量 m：m甲m丙2m乙 Cc(SO2)与 c(O2)之比为 k：k甲k丙k乙 D反应放出或吸收热量的数值 Q：Q甲Q丙2Q乙 答案 B 解析 因为反应 2SO2(g)O2(g)2SO3(g)在恒温、恒容的条件下进行。根据等效平衡的原 理可知，甲与丙最后达到平衡时 SO2、O2、SO3的物质的量、
6、容器内的压强、SO2与 O2的比 值都相同；乙相当于在甲容器达到平衡后，将容器的体积瞬间扩大为原来的 2 倍。设甲达到 平衡时容器内的压强为 p甲，此时容器内瞬间压强减小为p 甲 2 ，此时平衡向逆反应方向移动， 气体的物质的量增加，SO3的质量减小，所以容器内气体的压强增大，则 p乙p 甲 2 ，则 2p乙p甲 p丙，SO3的质量，m甲m丙2m乙，A 错、B 对；当甲容器达到平衡后瞬间将容器体积扩大 2 倍，平衡向逆反应方向移动，但是生成的 SO2与 O2的物质的量之比为 21，这与开始两 者加入的物质的量之比相同，所以在此过程中 SO2与 O2的物质的量之比一直是 21 不变， C 错；甲
7、与丙为等效平衡，但达到平衡时，甲容器中 SO2的转化率与丙容器中 SO3的转化率 不一定相等，即 Q甲不一定等于 Q丙，D 错。 2一定条件下存在反应：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)，其正反应放热。图 1、图 2 表示起始 时容器甲、丙体积都是 V，容器乙、丁体积都是V 2；向甲、丙内都充入 2a mol SO2 和 a mol O2 并保持恒温；向乙、丁内都充入 a mol SO2和 0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换)， 在一定温度时开始反应。 下列说法正确的是( ) A图 1 达平衡时，浓度 c(SO2)：甲乙 B图 1 达平衡时，平衡常数 K：甲乙 C图 2
8、达平衡时，所需时间 t：丙丁 答案 D 解析 甲和乙若都是恒温恒压，则两者等效，但乙为绝热恒压，又该反应正反应为放热反应， 则温度：甲乙，温度升高平衡向逆反应方向移动，浓度 c(SO2)：甲 乙，故 A、B 项错误；丙和丁若都是恒温恒容，则两者等效，但丁为绝热恒容，则温度：丙丁，C 项错误；温度 升高平衡向逆反应方向移动，体积分数 (SO3)：丙丁，D 项正确。 3.恒温、恒压下，在一可变容积的容器中发生如下反应： A(g)B(g)C(g)。 (1)若开始时放入 1 mol A 和 1 mol B，达到平衡后，生成 a mol C，这时 A 的物质的量为 _mol。 (2)若开始时放入 3 m
9、ol A 和 3 mol B，达到平衡后，生成 C 的物质的量为_mol。 (3)若开始时放入 x mol A、2 mol B 和 1 mol C，达到平衡后，A 和 C 的物质的量分别是 y mol 和 3a mol，则 x_mol，y_mol。平衡时，B 的物质的量_(填字母)。 A大于 2 mol B等于 2 mol C小于 2 mol D可能大于、等于或小于 2 mol 作出此判断的理由是_。 (4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C， 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(1)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
10、放入 1 mol A 和 1 mol B 达到平衡后生成 b mol C，将 b 与(1)小题中的 a 进行比较： _(选填一个编号)。 甲：ab 丙：ab 丁：不能比较 作出此判断理由是_。 答案 (1)(1a) (2)3a (3)2 (33a) D 若 3a1，B 的物质的量小于 2 mol；若 3a1， B 的物质的量等于 2 mol；若 3ab 解析 (1)由反应 A(g)B(g)C(g)可知， 生成 a mol C 必消耗 a mol A， 则 n(A)(1a)mol。 (2)因(2)与(1)为恒温恒压条件下的等效平衡， 且(2)开始时 A 和 B 的物质的量为(1)开始时 A 和
11、B 物质的量的 3 倍，则达到平衡后(2)生成 C 的物质的量为(1)生成 C 的物质的量的 3 倍，故 生成 C 的物质的量为 3a mol。 (3)因(3)与(2)为恒温恒压条件下的等效平衡， 若 1 mol C 全部生 成 A 和 B，则可得到 1 mol A 和 1 mol B，则 x mol1 mol3 mol，解得 x2。 A(g)B(g)C(g) 开始物质的量mol 2 2 1 转化物质的量mol 3a1 3a1 3a1 平衡物质的量mol 33a 33a 3a 从而可得 y33a，n(B)平(33a)mol。 由此可知，若 3a1，则 B 的物质的量小于 2 mol；若 3a1，则 B 的物质的量等于 2 mol； 若 3ab。