等效平衡详细讲解

等效平衡详细讲解一、等效平衡概念化学平衡状态与条件息息相关，而与建立平衡的途径无关。对于同一可逆反应，在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，以不同投料方式（即从正反应、逆反应或从中间状态开始）进行反应，只要达到平衡时相同组分在各混合物中的百分数（体积、物质的量或质量分数）相等，这样的化学平衡即互称为等效平衡。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。二、等效平衡规律规律Ⅰ：恒温恒容条件下1.恒温恒容时，对一般的可逆反应，不同的投料方式如果根据化学方程式中计量系数比换算到同一边时，反应物（或生成物）中同一组分的物质的量完全相同，则互为等效平衡。此时一般不考虑反应本身的特点，计算的关键是换算到同一边后各组分要完全相同。【范例1】定温定容下，可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)按下列四种不同投料方式达到平衡后，N2的体积分数都相等，请填写下面的空格。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/mol：130a等效于（投料2）/mol：0等效于（投料3）/mol：4/3等效于（投料4）/mol：abca、b、c取值必须满足的一般条件是（用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）：、。【解答】换算的基本思路是：将最初的投料方式看成起始量，其它的投料方式看成由起始量经过反应而得来。即根据已知的一个量求出各组分消耗或生成的量，然后由起始量减去消耗的量或加上生成的量，就可得到其它投料方式中各组分的值。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/mol：130a等效于（投料2）/mol：0x1y1n1(平)等效于/mol：0＋y1/2x1＋3y1/20等效于（投料3）/mol：x2y24/3n2(平)等效于/mol：x2＋×y2＋0等效于（投料4）/mol：abcn3(平)等效于/mol：a＋c/2b＋3c/20根据换算到同一边时，反应物（或生成物）中同一组分的物质的量与起始量完全相同，得0＋y1/2＝1，x1＋3y1/2＝3，得x1＝0，y1＝2，n1(平)＝ax2＋2/3＝1，y2＋2＝3，得x2＝1/3，y2＝1，n2(平)＝aa＋c/2＝1，b＋3c/2＝3，n3(平)＝a。所以a、b、c取值必须满足的一般条件为：a＋c/2＝1，b＋3c/2＝3。2.恒温恒容时，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，不同的投料方式如果根据化学方程式中计量系数比换算到同一边时，只要反应物（或生成物）中各组分的物质的量的比例相同，即互为等效平衡。此时的反应特点是无体积变化，计算的关键是换算到同一边后各组分只需要物质的量之比相同即可。在具体分析中，有两种情况需要注意：①最初投料方式与化学方程式计量系数比不一致时。【范例2】定温定容下，可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g)按下列四种不同投料方式达到平衡后，H2的体积分数都相等，请填写下面的空格。H2(g)+I2(g)2HI(g)平衡时n（HI）/mol起始量（投料1）/mol：120a等效于（投料2）/mol：01等效于（投料3）/mol：01等效于（投料4）/mol：abca、b、c取值必须满足的一般条件是。【解答】H2(g)+I2(g)2HI(g)平衡时n（HI）/mol起始量（投料1）/mol：120a等效于（投料2）/mol：0x1n1(平)等效于/mol：0＋1/2x＋1/20等效于（投料3）/mol：01yn2(平)等效于/mol：0＋y/21＋y/20等效于（投料4）/mol：abc等效于/mol：a＋c/2b＋c/20根据换算到同一边后只需要各组分物质的量之比与起始量相同，得，x＝；平衡时：，得n1(平)＝a/2，y＝2；平衡时：，得n2(平)＝aa、b、c取值必须满足的一般条件是：，得b＝2a＋c/2②最初投料方式与化学方程式计量系数比一致时。【范例3】定温定容下，可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g)按下列四种不同投料方式达到平衡后，H2的体积分数都相等，请填写下面的空格。H2(g)+I2(g)2HI(g)平衡时n（HI）/mol起始量（投料1）/mol：110a等效于（投料2）/mol：0等效于（投料3）/mol：1.5等效于（投料4）/mol：1【解答】H2(g)+I2(g)2HI(g)平衡时n（HI）/mol起始量（投料1）/mol：110a等效于（投料2）/mol：0x1y1n1(平)等效于/mol：0＋y1/2x1＋y1/20等效于（投料3）/mol：x21.5y2n2(平)等效于/mol：x2＋y2/21.5＋y2/20等效于（投料4）/mol：x3y31n3(平)等效于/mol：x3＋1/2y3＋1/20根据换算到同一边后只需要各组分物质的量之比与起始量相同，得，得x1＝0，y1≥0，平衡时：，n1(平)＝，得x2＝1.5，y2≥0，平衡时：，得n2(平)＝，得x3＝y3≥0，平衡时：，得n3(平)＝由上述讨论可知，最初投料方式与化学方程式计量系数比不一致时，各投料方式中的结果都是唯一值，而如果最初投料方式与化学方程式计量系数比一致时，各投料方式中的结果不一定是唯一值。【范例4】在恒容的密闭容器中，充入2molA和1molB的气体后发生反应：2A(g)+B(g)xC(g)。达到平衡后，C的体积分数为W％；若维持容器体积和温度不变，按0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始物质的量，达到平衡后，C的体积分数仍为W％。则x值可能为（）A1B2C3D4【解答】此题关键是分析要全面。若反应前后体积不相等，则两种投料方式换算到同一边后各组分应完全相同（即恒温恒容时一般可逆反应的等效平衡换算）：2A(g)+B(g)xC(g)起始量/mol：210等效于/mol：0.60.31.4等效于/mol：0.6＋1.4×0.3＋1.4×00.6＋1.4×＝2，0.3＋1.4×＝1，得x＝2若反应前后气体体积不变（即x＝3），等效平衡只需要两种投料方式换算到同一边后各组分比例相同即可（恒温恒容时分子总数不变的可逆反应的等效平衡换算）。而1.4molC换算到反应物后，A与B的物质的量之比为，与起始量的投料比相同，故x＝3成立。选BC。规律Ⅱ：恒温恒压条件下：在恒温恒压时，可逆反应以不同的投料方式进行反应，如果根据化学方程式中计量系数比换算到同一边时，只要反应物（或生成物）中各组分的物质的量的比例相同，即互为等效平衡。此时计算的关键是换算到一边后只需比例相同即可，并对反应特点没有要求。在具体分析中亦有两种情况需要注意：1.最初投料方式与化学方程式计量系数比不一致时。【范例5】在一个盛有催化剂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(g)+3H2(g)2NH3(g)。已知加入1molN2和4molH2时，达到平衡后生成amol，在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。请填写下面的空格。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/mol：140a等效于（投料2）/mol：1.560等效于（投料3）/mol：10.5a等效于（投料4）/mol：mg（g≥4m）【解答】N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/mol：140a等效于（投料2）/mol：1.560n1(平)等效于（投料3）/mol：xy10.5a等效于/mol：x＋1/2y＋3/20等效于（投料4）/mol：mg（g≥4m）zn2(平)等效于/mol：m＋z/2g＋3z/20根据换算到同一边后只需要各组分物质的量之比与起始量相同，得，得n1(平)＝1.5a，，得x＝0，y＝0.5，得z＝2（g－4m），平衡时：，得n2(平)＝（g－3m）a2.最初投料方式与化学方程式计量系数比一致时。【范例6】在一个盛有催化剂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(g)+3H2(g)2NH3(g)。已知加入1molN2和3molH2时，达到平衡后生成amol，在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。请填写下面的空格。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/mol：130a等效于（投料2）/mol：26等效于（投料3）/mol：1等效于（投料4）/mol：abca、b、c取值要满足的条件是：【解答】N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/mol：130a等效于（投料2）/mol：26xn1(平)等效于/mol：2＋x/26＋3x/20等效于（投料3）/mol：yz1n2(平)等效于/mol：y＋1/2z＋3/20等效于（投料4）/mol：mnqn3(平)等效于/mol：m＋q/2n＋3q/20根据换算到同一边后只需要各组分物质的量之比与起始量相同，得，得x≥0，平衡时：，得n1(平)＝，得z＝3y，y≥0，平衡时：，得n2(平)＝，得n＝3m，m≥0，q≥0，平衡时：，得n3(平)＝a、b、c取值要满足的条件是：n＝3m，m≥0，q≥0。由上述讨论可知，最初投料方式与化学方程式计量系数比不一致时，各投料方式中的结果都是唯一值，而如果最初投料方式与化学方程式计量系数比一致时，各投料方式中的结果不一定是唯一值。【范例7】（2003年江苏卷）Ⅰ: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)(1)若开始时放入1molA和1molB，达到平衡后，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。甲：大于2mol乙：等于2mol丙：小于2mol丁：可能大于、等于或小于2mol做出此判断的理由是(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molC，待再次达到平衡后C的物质的量分数是。Ⅱ：若维持温度不变，在一个与（Ⅰ）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。甲：a＜b乙：a＞b丙：a＝b丁：不能比较a和b的大小做出此判断的理由是。【解析】恒温恒压下：A(g)+B(g)C(g)平衡时n（C）/mol起始量（投料1）/mol：110a等效于（投料2）/mol：330x（1）根据方程式可算出n（A）＝（1－a）。（2）恒温恒压时与（1）为等效平衡。设平衡时生成C的物质的量为xmol，根据，得x＝3a。（3）A(g)+B(g)C(g)平衡时n（C）/mol起始量（投料3）/mol：x213a等效于/mol：x＋12＋103a等效于（投料2）/mol：3303a平衡时3－3a3－3a3a故x＋1＝3，x＝2。平衡时A的物质的量y＝3－3a，B的物质的量也为3－3a，由于不知道a的大小，所以无法判断3－3a与2的大小关系，故选丁。（4）恒温恒压时再投入3molC，换算至反应物后各组分的比值没变，与前面的（1）、（2）、（3）都互为等效平衡，C的物质的量分数不变，即可用最简洁的（1）中投料方式计算C的物质的量分数：（5）起始量A、B的物质的量虽与（1）中相同，但（1）是恒压情况，该反应又是体积缩小的反应，随着反应进行容器的容积必然缩小。而本小题是恒温恒容，反应进行后容器中的压强必然小于（1）小题容器中压强，有利于逆向反应，故反应达到平衡后b＜a，选乙。从以上的讨论可以看出，等效平衡规律比较烦琐，因此是高考中的一个难点。准确掌握的关键一是看反应的条件,即是恒温恒容还是恒温恒压；二是看该条件下的可逆反应前后气体分子数有无变化；三是看投料方式与化学计量数是否一致。计算等式的确立只有两种方式：一是换算