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等效平衡一、等效平衡的概念 在相同的条件下,对同一个可逆反应,反应无论从正反应方向开始进行还是从逆方向开始进行,只要起始时加入物质的物质的量不同,而达到相同的平衡状态,这样的平衡称为等效平衡。概念的理解:(1)相同的条件:通常指:恒温恒容或恒温恒压 (2)相同的平衡状态:通常是指平衡混合物各组分的百分含量(指质量分数、体积分数、物质的量分数)相同,但各组分的物质的量、浓度可能不同。切记的是组分的百分数相同,包括体积分数、物质的量分数或质量百分数,而不仅仅是指浓度相同,因为同一组分百分数相同时其浓度不一定相等。 (3)建立平衡状态的途径:可加入反应物,从正反应方向开始 可加入生成物,从逆反应方向开始 也可从加入反应物和生成物,从正、逆反应方向同时开始 等效平衡的判断方法 1.在一个体积固定的密闭容器中,保持一定温度,进行如下反应: H2(g)+Br2(g) 2HBr(g);已知加入1mol H2和2mol Br2时,达到平衡后生成a mol HBr(见下表已知项)。在相同条件下,且保持平衡时各组分的体积分数不变。填写表中空白: 2.在固定体积的密闭容器内,加入2mol A、1mol B,发生反应: A(g)+B(g) 2C(g)达 到平衡时,C的质量分数为W%。在相同(T、V)条件下,按下列情况充入物质达到平衡时C的质量分数仍为W%的是 ( ) A.2mol C B.3mol C C.4mol A、2mol B D.1mol A、2mol C 3. 在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一个一定容积的密闭容器里,发生如下反应: 2SO2O2 2SO3 当此反应进行到一定程度时,反应混合物就处于化学平衡状 全方位透析等效平衡化学平衡是中学化学中三大理论之一,它是电离平衡、水解平衡的基础,在中学化学教学中占据举足轻重的地位,尽管新教材总体上对化学平衡降低了难度,但它仍是值得重视的高考热点。其中等效平衡是化学平衡教学中的重点和难点,也是高考的热点,为让学生能更好的掌握和应用等效平衡,下面笔者结合自己的教学体会,对有关等效平衡知识进行了系统的分析。 一、等效平衡的原理 在一定条件(定温、定容或定温、定压)下,只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的物质的量分数(或体积分数)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡。 二、等效平衡的建立 化学平衡状态的建立与条件(如浓度、温度、压强等)有关,而与建立平衡时的途径无关,因而同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时的条件(浓度、温度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。如常温常压下,可逆反应: 2SO2 + O2 2 SO3 2mol 1mol 0 0 0 2mol 1mol 0.5mol 1mol 从正反应开始,从逆反应开始,从正、逆反应同时开始,由于、三种情况如果按方程式的化学计量数比折算成同一方向的反应物,对应各组分的物质的量均相等如将、折算为,因此三者为等效平衡。 三、等效平衡的规律 1、 定温、定容条件下的等效平衡 类:在定温、定容条件下,对于反应前后气体化学计量数不相等的可逆反应,只改变起始时加入物质的物质的量,若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量,所得反应物(或生成物)的物质的量与原起始量对应相同,则两平衡等效。 类:在定温、定容条件下,对于反应前后气体化学计量数相等的可逆反应,只改变起始时加入物质的物质的量,若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量,所得反应物(或生成物)的物质的量之比与原起始量之比对应相同,则两平衡等效。 2、 定温、定压条件下的等效平衡 在定温、定压条件下,对于反应前后气体化学计量数任意型的可逆反应,只改变起始时加入物质的物质的量,若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量,所得反应物(或生成物)的物质的量之比与原起始量之比对应相同,则两平衡等效。 四、等效平衡的解题思想极值法 无论平衡从哪个方向建立,在判断时,都可以根据题给条件,把生成物全部推算成反应物或把反应物全部推算成生成物,再与平衡开始时加入的物质的量相比较。 推算公式是:某反应物的物质的量变成生成物而消耗了该反应物的物质的量=原来该反应物的物质的量 理解了上述等效平衡的概念和建立方法,就能顺利应用到实际的解题中。 五、等效平衡的应用 等效平衡的应用通常有三类,第一类是改变起始加入量,第二类是反应物分批加入,第三类是等效平衡的综合应用,现就此例析如下。 1、改变起始加入量时有关等效平衡的计算 改变起始加入量判断平衡时体积分数的大小例1(2005年江苏化学卷,18题)一定温度下,在恒容密闭容器中发生如下反应:2A(g)+B(g)3C(g),若反应开始时充入2molA和2molB,达到平衡后A的体积分数为a%。其他条件不变时,若按下列四种配比作为起始物质,平衡后A的体积分数大于a%的是 ( )A、2molC B、2molA、1molB和1molHe(不参加反应) C、1molB和1molC D、2molA、3molB和3 molC 解析:本题考查了上述“定温、定容”条件下的等效平衡规律中的第2类等效平衡问题。首先把各选项中的C都折算成A和B,再与题干相比较。选项A中把“2molC”完全转化为“4/3molA和2/3molB”,可设想分两步进行,第一次先加入4/3molA和4/3molB,与题干中比例一致,与原平衡等效,平衡后A的体积分数为a%,第二次再移走2/3molB,会使平衡逆向移动,A的物质的量增加(但总物质的量减小),故平衡后A的体积分数大于a%;选项B中所充入的“1molHe”不能改变各组分分压,对平衡无影响,只需分析加入“2molA、1molB”的情况即可,其分析原理与选项A类似,故平衡后A的体积分数也大于a%;选项C中把“1molB和1molC” 完全转化为“4/3molA和5/3molB”,也可假设分批加入,第一次先加入4/3molA和4/3molB,与原平衡等效,平衡后A的体积分数为a%,第二次再加入1/3molB,会使平衡正向移动,A的物质的量减小(但总物质的量增加),故平衡后A的体积分数小于a%;选项D中把“2molA、3molB和3 molC” 完全转化为“4molA和4molB”,与原平衡等效,平衡后A的体积分数为a%。故符合题意的为AB。 改变起始加入量时计算平衡时物质的量浓度大小例2(2004年北京理综卷,14题)在一定温定容的密闭容器中有如下平衡:H2(g)+I2(g) 2HI(g),已知H2和I2的起始浓度均是0.10mol/L,达到平衡时HI的浓度为0.16 mol/L,若H2和I2的起始浓度均变为0.20mol/L时,则平衡时的H2浓度(mol/L)是 ( )A、0.16mol/L B、0.08mol/L C、0.04mol/L D、0.02mol/L解析此题仍运用等效平衡规律处理,仍假设第一种情况的反应体系的体积为VL,第二种情况的反应体系的体积为2VL,则在等温条件下,两者建立等效平衡。其中H2的平衡浓度相同,为0.02mol/L(由第一种情况平衡时,HI浓度为0.16mol/L,可推知H2转化浓度为0.08mol/L,则剩余浓度为0.02mol/L得)。这样,由第二种情况的反应体积为2VL压缩到VL时,平衡不移动,但H2、I2和HI的浓度均增大2倍,所以H2的平衡浓度则为0.04mol/L。应选C。 利用等效平衡讨论可逆反应化学计量数例3、在一固定体积的密闭容器中,充入2molA和1molB,发生反应2A(g)+B(g)xC(g),达平衡后,C的体积分数为W%,若维持容器容积和温度不变,按0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始配比投入,达平衡后,C的体积分数也为W%,则x的值为 ( )A、1 B、2 C、3 D、4解析看题意多数学生认为这是“恒温恒容”条件下的等效平衡问题,常用极端假设法,即完全推算到A、B这两种反应物一端,即有0.6+1.42/x=2,或0.3+1.41/x=1,得x=2,应选B。然而还应考虑到等效平衡的另一种情况,即定温、定容条件下对于反应前后气体化学计量数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量之比与原起始量之比对应相同,则两平衡等效,即为当x=3时的情况,因此本题正确答案应为B、C。 2、反应物分批加入时有关等效平衡的计算 反应物分批加入时判断平衡移动方向例4(2003年全国新课程卷,12题)某温度下,在一容器可变的容器中,反应2A(g)+B(g)2C(g)达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量作如下调整,可使平衡右移的是 ( )A、均减半 B、均加倍 C、均增加1mol D、均减小1mol解析本题考查了上述规律中“定温、定压”条件下的等效平衡问题。选项A、B中三者比例为2:1:2,与题中比例一致,为等效平衡,平衡不移动。C可设想为两步加入,第一次加入1molA、0.5molB、1molC,此时平衡不移动,第二次再加入0.5molB(此法与一次性各加入1mol等效),提高反应物B的浓度,平衡向右移动。D中均减小1mol,也可设想为两步进行,先将A减小1mol,B减小0.5mol,C减小1mol,此时平衡不移动,再将B减小0.5mol,降低反应物B的浓度,平衡向左移动,故本题应选C。 反应物分批加入时判断平衡时体积分数的大小例5(2004年广东化学卷,5题)在恒温时,一固定容积的容器内发生如下反应:2NO2(g)N2O4(g)达到平衡时,再向容器中通入一定量的NO2,重新达到平衡后,与第一次平衡时相比,NO2体积分数 ( )A、不变 B、增大 C、减小 D、无法判断解析有关“等效平衡”问题,一般都假设过程:设原平衡在建立前初始时,只放入NO2其物质的量是amol,此时容器的体积为VL,再加入的NO2是namol,此时容器的体积为(1+n)VL,两种情况下在等温等压条件下建立的平衡状态是相同的(即等效平衡),此时NO2的体积分数相同。再把容器的体积由(1+n)VL压缩为VL时(因为题设条件是等温等容,所以需把假设过程的虚设体积恢复至原体积),该可逆反应的原平衡会发生正向移动,再建立新的平衡状态,此时反应物NO2的体积分数会比原平衡减小。故应选C。 3、等效平衡的综合应用例6(2003年江苏化学卷,26题). 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,到达平衡后,生成amolC,这时A的物质的量为 mol。若开始时放入3molA和3 mol
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