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1、等效平衡专题 一、等效平衡原理: 例一定温度下密闭容器中发生反应:1L 容器 800时可逆反应: CO(g) H2O(g) CO2(g) H2(g) 途径 1:起始0.01mol 0.01mol 0 0 平衡0.005mol 0.005mol 0.005mol 0.005mol 途径 2:起始0 0 0.01mol 0.01mol 平衡0.005mol 0.005mol 0.005mol 0.005mol 上述两种途径,同一可逆反应,外界条件相同,通过不同的途径(正向和逆向 ),平衡时同种 物质的物质的量相等(同种物质的含量相等)- 效果相同的平衡 对于同一个可逆反应,在相同的条件下(恒温恒容
2、或恒温恒压),不管是从正反应开始,还 是从逆反应开始,或从正反应和逆反应同时开始,都可以建立同一平衡状态。即化学平衡状 态与条件有关,而与建立平衡的途径无关 二、等效平衡定义及规律: 1、定义: 同一可逆反应当外界条件一定时,反应无论从正反应开始还是从逆反应开始,平衡 时平衡混合物中同种物质的含量(体积分数或物质的量分数)相同的状态。 2、规律: 等效类型(1)(2)(3) 条件恒温、恒容恒温、恒容恒温、恒压 起始投料 折算为方程式同一 边物质,其“ 量 ” 相同 折算为方程式同一边物质, 其“ 量” 符合同一比例 折算为方程式同一边物质, 其 “ 量” 符合同一比例 对反应的 要求 任何可逆
3、反应 反应前、后气体体积相等 任何可逆反应 等效情况 完全等效:各物质 的百分含量、浓度、 物质的量均相同 不完全等效: 各物质的百分 含量相同,但各物质的浓 度、物质的量不一定相同 不完全等效: 各物质的百分 含量相同,但各物质的浓 度、物质的量不一定相同 分析 规律一: 例 1恒温恒容时, 2SO2(g) O2(g) 2SO3(g) 途径 1 起始2mol 1mol 0 途径 2 起始0 0 2mol 途径 3 起始1mol 0.5mol 1mol 途径 4 起始0.5mol ? ? 途径 5 起始amol bmol cmol 问题 途径 2、 3 与 1 等效吗 ? 途径 4 中 O2(
4、g) 和 SO3(g)的起始量为多少, 平衡时可与途径1平衡时 SO3(g)的含量相同 ? 途径 5 中 a、b 符合怎样的关系达到的平衡状态与1 相同 ? 练习 1将 2molSO2(g)和 2molSO3(g)混合于某固定体积的容器中,在一定条件下达平衡。平 衡时 SO3(g)为 w mol,同温下,分别按下列配比在相同体积的容器中反应,达平衡时 SO3(g) aA(g)+bB(g)cC(g) (a+b=c+d) 的物质的量仍为w mol 的是() A 2molSO2(g)1mol O2(g) B 4mol SO2(g)1mol O2(g) C 2mol SO2(g) 1mol O2(g)
5、 2mol SO3(g) D 3mol SO2(g)1.5mol O2(g) 1mol SO3(g) 规律二: 例 2 在恒温恒容条件下,发生如下反应 H2(g) I2(g) 2HI(g) 途径 1 1 mol 1mol 0 途径 2 0mol 0 2mol 途径 3 2mol 2mol 0 途径 4 0mol 0mol 4mol 上述途径与1 是否等效? 分析 途径 3 可认为是同温同容时两个途径1,每个都与1 等效然后加压平衡不移动,所以 与 1 等效(见图) 加压 练习 2恒温恒容,发生反应H2(g)I2(g) 2HI(g) 途径 1 2 mol 1mol 0 途径 2 1mol 0 1
6、mol 途径 3 4mol 2mol 0 途径 4 3mol 1mol 2mol 上面与途径1 等效的有。 规律三: 例 3如果恒温恒压条件下, 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 途径 1 起始2mol 1mol 0 途径 2 起始4 mol 2 mol 0 途径 1 和 2 是否为等效平衡? 图示说明 若反应为: H2(g)I2(g) 2HI(g) 途径 1 2 mol 1mol 0 途径 2 4mol 2mol 0 途径 1 和途径 2 是否为等效平衡? 图示说明 说明 化学平衡中的一个重要思想方法是将等效平衡的思想运用于解决一些不等效平衡的 问题,方法是:虚拟一个中间过程,
7、如一个容器,一个隔板等,然后进行比较。 1+1 1+1 1+1 22 21 21 21 2 1 21 21 三、等效平衡在解化学平衡试题中的应用: 1、求不同起始状态的各物质的物质的量: 例如果维持温度不变,在一容积不变的容器中加入2molSO2,1mo1O2,发生下列反应: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g),若平衡时,SO3的物质的量浓度为 a mo1/L 。如果改变开始 时的投料情况, 并用 a表示 SO2的物质的量; b 表示 O2的物质的量; c 表示 SO3的物质的量, 但是仍然要求平衡时SO3的物质的量浓度为a mo1/L,则填写下列空格: (1)若 a=0,b=0,
8、则 c= ; (2)若 a=0.5,则 b= ,c= (3)写出 a、b、c 应满足的关系式(请用两个方程式表示,其中一个只含a、和 c,另一个 只含 b 和 c) :、 2、等效平衡的判定: 例在一恒温恒压密闭容器中,A、 B 气体可建立如下平衡:2A(g) +2B(g) C(g)+3D( g) 现分别从两条途径建立平衡:.A、B 的起始量均为2mo1;.C、D 的起始量分别为2mo1 和 6mo1。下列叙述正确的是: () A、两途径最终达到平衡时,体系内混合气体的百分组成相同 B、两途径最终达到平衡时,体系内混合气体的百分组成不同 C、达到平衡时,途径的和途径体系内混合气体平均相对分子质
9、量相同 D、达到平衡时,途径的气体密度为途径的1/2 3、化学平衡移动方向的判断: 例某温度下,在一容积可变的容器中,反应2A( g)+2B(g)2C(g)达到平衡时, A、B 和 C 的物质的量分别为4mo1、2mo1 和 4mo1。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 1mo1 D.均减少 1mo1 4、同一反应不同起始状态达到平衡时某物质的转化率(或体积分数)比较 例体积相同的甲、乙两个容器中,甲中装有SO2和 O2各 1g,乙中装有 SO2和 O2各 2g, 在相同温度下发生反应:2SO2(g) + O 2(
10、g) 2SO3(g) ,并达到平衡。在这过程中,若甲 容器中 SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率() A、等于 p% B、大于 p% C、小于 p% D、无法判断 5、等效平衡知识的综合应用 例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1mo1A 和 1mo1B, 平衡后生成a mo1c, 这时 A 的物质的量为mo1。 (2)若开始时放入3 mo1 A 和 3mo1 B ,到达平衡后,生成C 的物质的量为mo1。 (3) 若开始时放入xmolA 、 2mol B 和 1 mo1 C, 到达平衡后, A 和 C 的物质的量
11、分别是y mo1 和 3amo1,则 x= mo1,y= mo1。平衡时, B 的物质的量(选填一个编 号) 。作出此判断的理由是。 (甲)大于2mo1(乙)等于2mo1(丙)小于2mo1(丁)可能大于、等于或小于2mo1。 (4)若在( 3)的平衡混合物中再入3 mo1 C,等再次到达平衡后,C 的物质的量是 、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)开始时放入1 mo1 A 和 1 mo1 B 到达平衡后生成b mo1 C。将 b 与( 1)小题中的a 进 行比较(选填一个编号) (甲) ab (乙) ab (丙) ab (丁)不能比较a
12、 和 b 的大小;作出此判断的理 由是。 练习 1 在一个固定体积的密闭容器中,保持一定温度,进行以下反应:H2(g)+Br2(g) 2HBr(g) 。已知加入1mol H2和 2mol Br2时,达到平衡后生成 a molHBr (见下表)。 在相同条件下, 且保持平衡时各组分的质量分数不变,对下列编号的状态,填写表中 空白: 编号 起始状态 /mol 平衡时 HBr 物质的量 /mol H2Br2 H Br 已知1 2 0 a 2 4 0 1 0.5a m n(nm ) 练习 2在一定温度 ,容积可变的密闭容器中,加入 X 、 Y、 Z, 发生反应 2X(g) Y(g)2Z(g), 达平衡
13、时,X 、Y、Z 的物质的量分别为6 mol、3 mol、6 mol,若保持温度压强不变,对 平衡混合物调整如下请填平衡如何移动 (1)均减少一半(2)均增加2 mol (3) 均增加 2 倍(4)均减少 2 mol 练习 3 在相同的温度和压强下,对反应)(H)(CO 22 ggg)(OHCO(g) 2 进行甲、乙、 丙、丁四组实验,实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表: 上述四种情况达到平衡后,n(CO)的大小顺序为() A、乙 =丁丙=甲B、乙 丁甲丙C、丁 乙丙 =甲D、丁 丙乙甲 练习 4 现在温度、 容积相同的3 个密闭容器中, 按不同方式投入反应物,保持恒温、 恒容, 测得
14、反应达到平衡时的有关数据如下。下列说法正确的是 容器实验 1 实验 2 实验 3 反应物投入量(始态)1mol CO2、3mol H2 1mol CH3OH、1mol H2O 2mol CH3OH、2mol H2O CH3OH的 平 衡 浓 度 /mol L 1 C1C2C3 反应的能量变化放出x kJ 吸收 y kJ 吸收 z kJ 体系压强 /Pa P1P2P3 反应物转化率a1a2a3 A、2 C1C3B、x+y=49.0 C、2P2 P3 F、a1= a2 CO2H2CO H2O 甲a mal a mal0 mal0 mal 乙2a mala mal0 mal0 mal 丙0 mal0
15、 mala mal a mal 丁a mal0 mala mal a mal 物质 物质 的量 实验 例 1 (1) 2 (2)0.25 (3)a+c=2、 b+c/2=1 根据题意为等温、等容条件下的等效平衡,满足按方程式计量数关系换算成SO2和 O2的物 质的量与原来起始加入SO2和 O2的物质的量相等。 例 2A 、C 解析: 化学平衡的建立与反应途径无关,可等同于A、B的起始量均为4mo1的情形(将 进行极值转换2mo1和 6mo1D完全反应转化为4mo1A ,4mo1B ) 。 加入 2mo1A 、2mo1B体积为 VL,恒温恒压时,再加入2mo1A 、2mo1B体积则变为2VL,可
16、见, A、B的起始量为4mo1时就相当于是两个A、B的起始量均为2mo1在同等条件下的叠加,平 衡时,各同种物的浓度相同,转化率相同,平均摩尔质量和密度也相同。故选A、C选项。 例 3C 解析:在等温等压条件下,把加入的物质按照反应方程式的化学计量数转化为反应物或生成 物,物质的量之比保持一致即为等效平衡,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、 0.5mo1B、 1mo1C, 此时平衡不移动,第二次再加入0.5mo1B(此法与一次性各加入1mo1 等效) ,增加了反应 物浓度,平衡右移。D 中均减少 1,也可
17、设想作两步:先将A 减少 1mol 、B 减少 0.5mo1、C 减少 1mo1,此时平衡不移动。现将B减少 0.5mo1,降低了反应物浓度,平衡左移。答案为 C选项。 例 4B 此题若应用过程假设和等效平衡原理就简单多了,建立恒温怛压条件下的等效平衡,平衡1 和平衡 2 为等效平衡,各物质的含量、转化率相等。平衡3 为平衡 2 的加压过程, 平衡向右 移动,各物质的含量、转化率增大,即乙容器中SO2的转化率大于p% ,故选 B选项。 例5 1-a 。 3a。 2,3-3a ,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2m
18、ol。a/ ( 2-a ) 。乙。因为小题中容器容 积不变,而小题中容器的容积缩小,所以小题的容器中的压力小于小题容器中的压力, 有利于逆向反应,故反应达平衡后ab。 解析: 此题的题设条件, 满足等效平衡分类中的情况, (1) 可直接计算A的物质的量为(1-a ) mo1 ; (2)由于 A、B的物质的量是(1)中 A、B物质的量的三倍,生成C的物质的量也应是 三倍,即3a mo1 ;由于( 3)中反应达到平衡时C的物质的量是3 a mo1 ,故相当于初始加 入 A、B各 3mo1 ,应有( x +1=3),x 为 2;平衡时, A的物质的量也是(1)中的三倍。即3 (1-a ) 。B的物质
19、的量决定于平衡时C的物质的量3a mo1 与初始加入C的物质的量1 mo1 的关系。(4)所述条件下建立的平衡与(1)等效,故C 的物质的量分数与(1)等同,为 a/ ( 2-a ) 。 练习 1 0;0.5 ; 0.5a ; 2(n-2m) ;(n-m)a 。 练习 2 平衡不移动平衡右移平衡不移动平衡左移 解析:因为是恒温恒压条件, 所以如果再按6:3:6即 2:1:2充入 X 、Y、Z 平衡不移动 , (1) 均减少一半 , 平衡不移动。 (2) 均增加 2 mol, 理解为先加入X 、Y、Z 的物质的量分别为2 mol、1 mol 、2 mol, 平衡不移动 , 再加入 1 mol Y, 显然平衡右移。(3) 均增加 2 倍 , 平衡不移 动。 (4) 均减少 2 mol, 理解为先减少X 、Y、Z 的物质的量分别为2 mol、 1 mol、2 mol, 平衡不移动 , 再减少 1 mol Y,显然平衡左移。 练习 3A 练习 4 B 、D、F
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