化学平衡・难点(平衡转化率、等效平衡)讲解与练习【经典】

第1页共13页化学平衡·难点讲解与习题一、等效平衡一、概念在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的含量（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（包括“相同的平衡状态”）。概念的理解：（1）外界条件相同：通常可以是①恒温、恒容，②恒温、恒压。（2）“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同：“完全相同的平衡状态”是指在达到平衡状态时，任何组分的物质的量分数（或体积分数）对应相等，并且反应的速率等也相同，但各组分的物质的量、浓度可能不同。而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数（或体积分数）对应相同，反应的速率、压强等可以不同。（3）平衡状态只与始态有关，而与途径无关，（如：①无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始②投料是一次还是分成几次③反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程，）只要起始浓度相当，就达到相同的平衡状态。二、等效平衡的分类在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种：I类：恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说（即△V≠0的体系）：等价转化后，对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。II类：恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说（即△V=0的体系）：等价转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。III类：恒温恒压下对于气体体系等效转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。解题的关键，读题时注意勾画出这些条件，分清类别，用相应的方法求解。我们常采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平衡问题三、例题解析I类：在恒温恒容下，对于化学反应前后气体体积发生变化的可逆反应，只改变起始加入物质的物质的量，如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。第2页共13页例1：在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一定容积的密闭容器中，发生如下反应，，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态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始时加入的的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡状态时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空：（1）若a=0，b=0，则c=___________。（2）若a=0.5，则b=___________，c=___________。（3）a、b、c的取值必须满足的一般条件是___________，___________。（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）解析：通过化学方程式：可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应，在定温、定容下建立的同一化学平衡状态。起始时，无论怎样改变的物质的量，使化学反应从正反应开始，还是从逆反应开始，或者从正、逆反应同时开始，它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的，即它们之间存在等效平衡关系。我们常采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平衡问题。（1）若a=0，b=0，这说明反应是从逆反应开始，通过化学方程式可以看出，反应从2molSO3开始，通过反应的化学计量数之比换算成和的物质的量（即等价转换），恰好跟反应从2molSO2和1molO2的混合物开始是等效的，故c=2。（2）由于a=0.52，这表示反应从正、逆反应同时开始，通过化学方程式可以看出，要使0.5molSO2反应需要同时加入0.25molO2才能进行，通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量（即等价转换）与0.5molSO3是等效的，这时若再加入1.5molSO3就与起始时加入2molSO3是等效的，通过等价转换可知也与起始时加入2molSO2和1molO2是等效的。故b=0.25，c=1.5。（3）题中要求2molSO2和1molO2要与amolSO2、bmolO2和cmolSO3建立等效平衡。由化学方程式可知，cmolSO3等价转换后与cmolSO2和等效，即是说，和与amolSO2、bmolO2和cmolSO3等效，那么也就是与2molSO2和1molO2等效。故有。II类：在恒温恒容下，对于反应前后气体体积不变的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡等效。例2：在一个固定容积的密闭容器中，保持一定的温度进行以下反应：已知加入1molH2和2molBr2时，达到平衡后生成amolHBr（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，对下列编号①～③的状态，填写下表中的空白。第3页共13页解析：在定温、定容下，建立起化学平衡状态，从化学方程式可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数相等的可逆反应。根据“等价转换”法，通过反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效。①因为标准项中n（起始）：n（起始）：n（HBr平衡）=1：2：a，将n（H2起始）=2mol，n（Br2起始）=4mol，代入上式得n（HBr平衡）=2a。②参照标准项可知，n（HBr平衡）=0.5amol，需要n（H2起始）=0.5mol，n（Br2起始）=1mol，n（HBr起始）=0mol。而现在的起始状态，已有1molHBr，通过等价转换以后，就相当于起始时有0.5molH2和0.5molBr2的混合物，为使n（H2起始）：n（Br2起始）=1：2，则需要再加入0.5molBr2就可以达到了。故起始时H2和Br2的物质的量应为0mol和0.5mol。③设起始时HBr的物质的量为xmol，转换成H2和Br2后，则H2和Br2的总量分别为（）mol和（）mol，根据，解得。设平衡时HBr的物质的量为ymol，则有，解得。III类：在恒温恒压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，达到平衡状态后与原平衡等效。例3：如图所示，在一定温度下，把2体积N2和6体积H2通入一个带有活塞的容积可变的容器中，活塞的一端与大气相通，容器中发生以下反应：（正反应放热），若反应达到平衡后，测得混合气体的体积为7体积。据此回答下列问题：（1）保持上述反应温度不变，设a、b、c分别代表初始加入的N2、H2和NH3的体积，如果反应达到平衡后混合气体中各气体的体积分数仍与上述平衡相同，那么：①若a=1，c=2，则b=_________。在此情况下，反应起始时将向_________（填“正”或“逆”）反应方向进行。②若需规定起始时反应向逆反应方向进行，则c的取值范围是_________。（2）在上述装置中，若需控制平衡后混合气体为6.5体积，则可采取的措施是_________，原因是_________。解析：（1）①化学反应：在定温、定压下进行，要使平衡状态与原平衡状态等效，只要起始时就可以达到。已知起始时各物质的体积分别为1体积N2、b体积H2和2体积。根据“等价转换”法，将2体积通过反应的化学计量数之比换算成和的体积，则相当于起始时有第4页共13页（1+1）体积和（b+3）体积，它们的比值为，解得b=3。因反应前混合气体为8体积，反应后混合气体为7体积，体积差为1体积，由差量法可解出平衡时为1体积；而在起始时，的体积为c=2体积，比平衡状态时大，为达到同一平衡状态，的体积必须减小，所以平衡逆向移动。②若需让反应逆向进行，由上述①所求出的平衡时的体积为1可知，的体积必须大于1，最大值则为2体积和6体积完全反应时产生的的体积，即为4体积，则。（2）由6.57可知，上述平衡应向体积缩小的方向移动，亦即向放热方向移动，所以采取降温措施。例4：（一）恒温、恒压下，在一个容积可变的容器中发生如下反应：（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，达到平衡后，生成C的物质的量为_________mol。（3）若开始时放入xmolA、2molB和1molC，达到平衡后，A和C的物质的量分别为ymol和3amol，则x=________，y=________。平衡时，B的物质的量________（填编号）。（甲）大于2mol（乙）等于2mol（丙）小于2mol（丁）可能大于、等于或小于2mol（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___________。（二）若维持温度不变，在一个与（一）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__________（填编号）。（甲）ab（乙）ab（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：（一）（1）由反应知，反应达平衡后，若有amolC生成，则必有amolA物质消耗，此时剩余A的物质的量为（1－a）mol。（2）在恒温、恒压下，若投放3molA和3molB，则所占有的体积为（1）中的3倍。由于A、B的投放比例与（1）相同，故平衡时与（1）等效，而C的物质的量为3amol。（3）由于达到平衡时C的物质的量为3amol，故此平衡状态与（2）完全相同。若把C的物质的量完全转化为A和B，A、B的物质的量应与（2）完全相等。起始（mol）：x21将C转化为A、B（mol）：x+12+10第5页共13页平衡时（mol）：y3－3a3a据题意有：，解得；，解得y=3－3a。通过上述可知，平衡时B的物质的量为（3－3a）mol，由于该反应起始时投放的物质为A、B、C均有，即从中间状态开始达到平衡，故平衡可能向左、向右或不移动，也即3a可能大于、小于或等于1（不移动时，），故（3）中B的物质的量应为（丁）。（4）在（3）的平衡中，再加入3molC，所达到的平衡状态与（1）、（2）、（3）皆为等效状态，通过（1）可求出C的物质的量分数为，也就是在（3）的平衡状态时C的物质的量分数。（二）（5）因此时容器的容积不变，而（1）中容器的容积缩小，（5）小题中容器相当于在（1）的基础上减压，则平衡逆向移动，故反应达到平衡后ab，即应填（甲）。四、练习一．选择题（共9小题）1．（2009•唐山二模）如图所示，隔板Ⅰ固定不动，活塞Ⅱ可自由移动．M、N两个容器中均发生如下反应：A（g）+3B（g）⇌2C（g）；△H＜0．若起始时，M、N容积相同．下列说法正确的是（）A．起始时，分别向M、N两个容器中加入1molA、1molC，达平衡时，容器M、N中物质A的体积分数相同B．起始时，分别向M、N两个容器中加入1molA、3molB，达平衡时，容器M中物质A的转化率较大C．起始时，分别向M、N两个容器中加入2molC，容器N达到平衡所需的时间较短D．起始时，分别向M、N两个容器中加入1molA、3molB，达平衡时，容器M中气体的密度较大2．（2008•石家庄模拟）如图所示，甲容器容积固定不变，乙容器有可移动的活塞．甲中充入2molSO2和1molO2，乙中充入2molSO3和1molHe，在恒定温度和催化剂条件下，甲、乙达到如下平衡：2SO3（g）⇌2SO2（g）+O2（g）．根据活塞位置，下列有关说法正确的是（）A．若活塞固定在3处不动，达平衡时两容器中的压强相等B．若活塞固定在3处不动，达平衡时两容器中SO3的浓度相等C．若活塞固定在4处不动，达平衡时两容器中SO3的物质的量分数相等D．若活塞固定在5处不动，达平衡时乙容器中SO2的物质的量较小3．相同温度下，体积均为0.25L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：X2（g）+3Y2（g）⇌2XY3（g）；△H=﹣92.6kJ•mol﹣1，实验测得反应起始时、达到平衡状态时的有关数据如下表所示，不正确的是（）容器编号起始时各物质