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高中化学辅导-高中化学等效平衡突破
高中资讯    作者:高中化学辅导   2020-12-16

1.等效平衡含义

在一定条件下(等温等容或等温等压),对同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量相同。

2.等效平衡原理

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。

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3.等效平衡规律

可简记为:

“恒温恒容条件下,气体体积有变化,极端折算定量加,其他情况定比例。”

1.在恒温恒容条件下,可逆反应:2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)ΔH=-Q1 kJ/mol(Q1>0),起始物质的量如表所示:

上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?达到平衡后,哪些量相同?

答案:①③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后物质的量、质量、体积、物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。

2.在恒温恒容条件下,可逆反应:2A(g)+B(g)3C(g)+D(s)起始物质的量如下表所示:

上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?达到平衡后,哪些量相同?

答案:①②③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。

3.在恒温恒压条件下,可逆反应2A(g)+B(g)=3C(g)+D(g)起始物质的量如下表所示:

上述反应达到平衡后,互为等效平衡的是哪几组?达到平衡后,哪些量相同?

答案:①②③⑤互为等效平衡。表现在达到平衡后物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。

恒温恒容条件下等效平衡的应用

1.在一恒定容积的容器中充入4 mol A和2 mol B发生反应:2A(g)+B(g)=xC(g)。达到平衡后,C的体积分数为w%。若维持容积和温度不变,按1.2 mol A、0.6 mol B和2.8 mol C为起始物质,达到平衡后,C的体积分数仍为w%,则x的值为()

A.只能为2B.只能为3

C.可能为2,也可能为3 D.无法确定

解析:选C 根据等效平衡原理,若反应为前后气体体积变化的反应,可认为A物质由4 mol改变为1.2 mol,即Δn(A)=4 mol-1.2 mol=2.8 mol,Δn(C)=2.8 mol,此时x=2符合题意;若为反应前后气体体积不变的反应,即x=3时,只要加入量n(A)∶n(B)=2∶1即可,符合题意。

命题角度二 恒温恒压条件下等效平衡的应用

2.在恒温、恒压和使用催化剂的条件下,已知:在容积可变的密闭容器中,充入1 L含3 mol H2和1 mol N2的混合气体,反应达平衡时有a mol NH3生成,N2的转化率为b%。

(1)若在恒温、恒压和使用催化剂的条件下,在体积可变的密闭容器中充入x mol H2和y mol N2,反应达平衡时有 3a mol NH3生成,N2的转化率仍为b%。则x=________;y=________。

(2)在恒温、恒压和使用催化剂的条件下,设在体积可变的密闭容器中充入x mol H2,y mol N2和z mol NH3,若达平衡时N2转化率仍为b%,则x、y的关系为________;z的取值范围为________。

解析:(1)N2的转化率不变,说明与原平衡为等效平衡,恒压时只需符合原投料比即可,所以x=9,y=3。

(2)平衡与原平衡为等效平衡,在恒压下,只要x∶y=3∶1即可,加入NH3,相当于使N2和H2的起始投料分别增加了0.5z 和1.5z,但在恒压时对平衡状态无影响,故z的取值范围为任意非负数。

答案:(1)93(2)x=3yz≥0

命题角度三 等温、等容,等温、等压条件下等效平衡的比较应用

3.(2014·江西抚州四校联考)有甲、乙两容器,甲容器容积固定,乙容器容积可变。一定温度下,在甲中加入2 mol N2、3 mol H2,反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。

(1)相同温度下,在乙中加入4 mol N2、6 mol H2,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择,只填序号,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol。

A.小于m B.等于m

C.在m~2m之间 D.等于2m

E.大于2m

(2)相同温度下,保持乙的容积为甲的一半,并加入1 mol NH3,要使乙中反应达到平衡时,各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同,则起始时应加入________mol N2和________mol H2。

解析:(1)由于甲容器定容,而乙容器定压,它们的压强相等,达到平衡时,乙的容积应该为甲的两倍,生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。当甲、乙两容器的体积相等时,相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩,故乙中NH3的物质的量大于2m mol。

(2)乙的容积为甲的一半时,要建立与甲一样的平衡,只有乙中的投入量是甲的一半才行,故乙中应该投入N2为(1-0.5) mol=0.5 mol,H2为(1.5-1.5) mol=0 mol。

答案:(1)DE(2)0.50

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