等效平衡原理、规律及应用完美版

等效平衡原理、规律及应用〖目标与要求〗运用对比的方法掌握等效平衡的基本原理规律和计算方法〖内容与要点〗等效平衡原理、规律、例题和习题一、等效平衡原理在一定条件下（定温定容或定温定压），对于同一可逆反应，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，只是起始时加入物质的情况不同，而达到平衡时，任何相同组分的含量均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、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+O22SO2①2mol1mol0mol②0mol0mol2mol③0.5mol0.25mol1.5mol①从正反应开始，②从逆反应开始，③从正逆反应同时开始，由于①、②、③三种情况如果按方程式的计量关系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②、③折算为①)，因此三者为等效平衡。二、等效平衡规律①在恒温、恒容条件下，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的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。②在恒温、恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量的比值与原平衡相同，则两平衡等效。③在恒温、恒压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。反之，等效平衡时，物质的量之比与原建立平衡时相同。三、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+N22NH3原始站A410中途站B3.40.80.4:abc平衡站P[2.5][0.5][1.0]中途站C1.60.21.6:a’b’c’终极站D1.002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,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：四、等效平衡例题题型1：一般可逆反应在恒温、恒容条件下建立等效平衡【例1】在一个体积固定的密闭容器中加入2molA和1molB，发生反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g)，达到平衡时C的浓度为amol·L－1。若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为amol·L－1的是（）A．4molA＋2molBB．2molA＋1molB＋3molC＋1molDC．3molC＋1molD＋1molBD．3molC＋1molD【解析】等效平衡的含义：在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的百分含量（体积分数、物质的量分数等）均相同，这样的化学平衡互称等效平衡。此题应用规律①假设2molA和1molB能够完全反应，则应生成3molC＋1molD，所以如果维持容器体积和温度不变，开始时向容器中加入3molC＋1molD，达到平衡时，与原平衡是等效平衡，则C的浓度仍为amol·L－1。所以正确答案为D。题型2：可逆反应在恒温、恒压条件下建立等效平衡【例2】将3molA和1molB混合于一体积可变的密闭容器P中，以此时的温度、压强和体积作为起始条件，发生了如下反应：3A(g)+B(g)2C(g)+D(g)达到平衡时C的浓度为wmol·L-1。回答⑴～⑸小题：(1)保持温度和压强不变，按下列四种配比充入容器P中，平衡后C的浓度仍为wmol·L-1的是()(A)6molA+2molB(B)3molA+1molB十2molC，(C)2molC+1molB+1molD(D)1molC+2molD(2)保持原起始温度和体积不变，要使平衡后C的浓度仍为wmol·L-1，应按下列哪种配比向容器Q中充入有关物质()(A)3molA+1molB(B)4molC十2molD(C)1.5molA+0.5molB+1molC+0.5molD(D)以上均不能满足条件(3)保持原起始温度和体积不变，若仍按3molA和1molB配比在容器Q中发生反应，则平衡时C的浓度和wrml·L-1的关系是()(A)＞w(B)＜w(C)=w(D)不能确定(4)将2molC和2molD按起始温度和压强充入容器Q中，保持温度和体积不变，平衡时C的浓度为Vmol·L-1，V与w和叫的关系是()(A)V＞w(B)V＜w(C)V=w(D)无法比较(5)维持原起始温度和体积不变，按下列哪种配比充入容器Q可使平衡时C的浓度为Vmol·L-1()(A)1molC+0.5m01D．(B)3molA+2molB(C)3molA+1molB+1molD(D)以上均不能满足条件【解析】此题为规律②和③的应用.⑴答案为（A）⑵因容器P的体积可变，且正反应是体积缩小的反应，故相当于加压．而现在容器Q体积不变，条件不同了，不属等效平衡，无法判断．答案为(D)．⑶本题所述条件相当于减压，平衡向逆反应方向移动，C的浓度降低．答案为(B)．⑷温度、体积不变时2molC和1molD反应与3molA和1molB相当，属等效平衡．再加1molD时平衡将向左移动，Vw。答案为(B)．⑸恒温恒容下n(A)=3mol和n(B)=1mol或n(C)=2mol和n(D)=1mol时均为同一平衡状态，属等效平衡．答案为(C)．【例3】、恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下A（g）+B（g）C（g）（1）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。（2）若开始时放入3molA和3molB，到达平衡后，生成C的物质的量为mol。（3）若开始时放入xmolA，2molB和1molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3amol，则x=mol，y=mol。平衡时，B的物质的量（选填一个编号）（A）大于2mol（B）等于2mol（C）小于2mol（D）可能大于、等于或小于2mol作出判断的理由是。（4）若在（3）的平衡混合物中再加入3molC，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是。（5）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。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＜b（乙）a＞b(丙)a=b（丁）不能比较a和b的大小作出此判断的理由是。【解析】恒温恒压下，只要A和B的投入量与起始成比例，则A、B、C的百分含量均不变，平衡时各物质的量和开始成比例，据此（1）、（2）、（3）、（4）问很容易作答；当改变条件，使成为恒温恒容时，由于该反应是一分子数目减少的反应，随着反应的进行，容器内的压强在减少，（5）相对于（1）而言，可以等效看成（1）达到平衡后，再将容器体积扩大，则平衡向左移动，C的百分含量降低，故b＜a［答案］(1)(1-a)(2)3a(3)23-3a丁若3a1，B的物质的量小于2mol；若3a=1，B的物质的量等于2mol；若3a1，B的物质的量大于2mol；(4)a/(2-a)(5)乙；因为(5)小题中容器容积不变，而(1)小题中容器的容积缩小，所以(5)小题的容器中的压强小于(1)小题容器中的压强，有利于逆向反应，故反应达到平衡后ab。【例4】某温度下向1L密闭容器中充入1molN2和3molH2，使反应N2+3H22NH3达平衡，平衡混合气中N2、H2、NH3的浓度分别为M、N、G(mol／L)．如果温度不变，只改变初始物质的加入量，要求M、N、G保持不变，则N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示时应满足的条件SO2O2SO3是：①若x=0，y=0，则z=；②若x=0.75mol，则y=，z=；③x、y、z取值必须满足的一般条件是(用含x、y、z方程表示，其中一个含x、z，另一个含y、z)。若将上述条件改为恒温、恒压，其它均不变，则a．若x=0，y=0，则z=；b．若x=0.75mol，则y=，z=；c．x、y、z取值必须满足的一般条件是。【解析】因2molNH3完全分解时可得到1molN2、3molH2，故向同一容器中加入2molNH3与加入lmolN2、3molH2的混合气的起始浓度状态完全相同。①z=0，y=0时，N2、H2的物质的量为0，z=2mol．②z=0.75mol可认为是N2有0.25mol已反应掉，同时消耗H2为0.75mol，生成NH3为0.5mol，故而y=3-0.75=2.25(mol)，z=0.5mol。③依上述思路知，生成zmolNH3时必消耗2zmolN2，23zmolH2，故而12zx323zy如上述条件改为恒温、恒压，其它均不变时，只要n(N2)︰n(H2)=1︰3，n(NH3)为任意值，均是同一平衡状态，故而a．z=0，y=0时，z为任意值．b．z=0.75(mol)时，y=0.75×3=2.25(mol)，z为任意值。c．x︰y=1︰3，即y=3x时z为任意值．题型3：通过建立等效平衡的中间状态，比较反应物转化率的大小以及平衡时某物质体积分数、浓度的大小【例题5】体积相同的甲、乙两个容器中，分别充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2＋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p%，则乙容器中SO2的转化率为（）A．等于p%B．大于p%C．小于p%D．无法判断【解析】根据题意，甲、乙两容器可设为如图所示装置。2SO2＋O22SO3是一气体总物质的量减少的反应。甲容器保持体积不变，压强变小；乙容器保持压强不变，体积减小，达到平衡状态时转化为状态丙。假设乙中的活塞不移动，由于甲、乙两个容器的体积、温度相同，达到平衡时甲、乙两容器中存在的平衡是等效平衡，其中SO2的转化率也相等。对于乙和丙两个状态，乙中压强小于丙中压强，因此丙中SO2转化率大于乙中SO2转化率。由此可以判断出丙中SO2的转化率也大于甲中SO2的转化率。所以正确答案为B。【例6】4如右图所示，将4molSO2和2molO2置于体积可变的等压容器中，在一定温度下发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，△H＜0．该反应达到平衡状态A时，测知气体的物质的量为4.2mol，SO2、O2、SO3的起始物质的量分别以现a、b、c表示．(1)向达到平衡状态A的容器中通入少量O2，体系中SO2的体积分数(填“增大”或“减小”或“不变)．要使SO2的体积分数再变到与平衡状态A相同，可采取的措施是或。(2)若起始时a=1.2mol，B=0.6mol，且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态A相同，则起始时c的取值为。(3)要使反应开始时向逆反应方向进行，且达到平衡后各气体的物质的量与平衡状态A相同，则起始时c的取值范围为。【解析】(1)考查了勒夏特列原理的应用。(2)考查了等效平衡中恒温恒压的情况。只需加入的反应物的物质的量之比与反应方程式中对应物质的计量数之比一致即可，C的取值为任意值。(3)结合平衡计算考查反应方向及平衡移动的方向．2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)起始时物质的量4mol2mol0转化的物质的量2xx2x平衡时物质的量4-2x2-x2x据题意有6-x=4.2，x=