73等效平衡教案原卷版

1第三讲等效平衡考纲要求：1.了解等效平衡的基本概念2.掌握等效平衡的规律及判断方法。一．基本概念：相同条件下，同一可逆反应体系中，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，达到平衡时，任何物质的百分含量（浓度、质量分数、体积分数等）都保持不变的化学平衡互称等效平衡。等效平衡是运用平衡思想处理特殊化学平衡问题的一种思维分析方式和解题方法。正确、深入地理解等效平衡，有助于我们对化学平衡的深入认识，更有效地解决有关化学平衡问题。二．判断方法与方法指导：使用极限转化（归零）的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物，然后观察有关物质的数量是否相当。（解等效平衡的题，有一种基本的解题方法——极限转换法。由于等效平衡的建立与途径无关，不论反应时如何投料，都可以考虑成只加入反应物的“等效”情况。所以在解题时，可以将所加的物质“一边倒”为起始物质时，只要满足其浓度与开始时起始物质时的浓度相同或成比例，即为等效平衡。但是，要区分“浓度相同”或“浓度成比例”的情况，必须事先判断等效平衡的类型。有了等效平衡类型和条件的判断，就可以采用这种“一边倒”的极限转换法列关系式了。）1.对于一般可逆反应，在恒温、恒容条件下建立平衡，改变起始时加入物质的物质的量，如果能够按化学计量数换算成同一边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。例1.一可逆反应：2A(g)+3B(g)=xC(g)+4D(g)，若按下列两种配比，在同温、同体积的密闭容器中进行反应。有（1）0.8molA，1.2molB，1.2molC，2.4molD（2）1.4molA，2.1molB，0.6molC，1.2molD达到平衡后，C的质量分数相同，则x的值为（B）A.1B.2C.3D.42.在恒温、恒压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学方程式系数比换算成同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，两平衡等效。如合成氨反应：按下列三条途径建立的平衡为等效平衡：(H2)(N2)(NH3)Ⅰ.3mol1mol0molⅡ.0mol0mol2molⅢ.3nmolnmolxmol(x≥0)2例2.在恒温、恒压下，有下列气体反应分别从两条途径进行2A(g)+2B(g)C(g)+3D(g)Ⅰ.2mol2mol00Ⅱ.002mol6mol下列叙述正确的是（AD）A.Ⅰ、Ⅱ两条途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同B.Ⅰ、Ⅱ两条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，Ⅰ途径所用的时间与Ⅱ途径所用的时间相同D.达到平衡时，Ⅰ途径混合气体密度等于Ⅱ途径混合气体的密度[小结]若恒温、恒容，则3n+3x/2=3,n+x/2=1；若恒温、恒压，则(3n+3x/2)︰(n+x/2)=3︰1。3.在恒温、恒容下，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）的物质的量比例与原平衡的相同，两平衡就是等效平衡。（相当于恒温、恒压下的等效平衡，原因是平衡不受压强影响）。例3.在两个密闭容器内，保持温度为423K，同时向A、B两容器中分别加入amol、bmolHI，待反应2HI(g)H2(g)+I2(g)达到平衡后，下列说法正确的是（D）A.从反应开始到达到平衡所需时间tAtBB.平衡时I2浓度c(I2)A=c(I2)BC.平衡时I2蒸气在混合气体中体积分数A%B%D.HI的平衡分解率相等例4.某恒温、恒容的密闭容器充入3molA和2molB，反应3A(g)+2B(g)xC(g)+yD(g)达到平衡时C的体积分数为m%。若将0.6molA，0.4molB，4molC，0.8molD作为起始物充入，同温同容下达到平衡时C的体积分数仍为m%，则x=_______，y=_______。三．等效平衡状态的分类和判断：（1）恒温恒容下，改变起始加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数换算成同一边的物质的物质的量与原平衡相等，则达平衡后与原平衡等效。（2）恒温恒容下，对于反应前后物质的量（即气体总体积）相等的可逆反应，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。（3）恒温恒压下，改变起始加入物质的物质的量，只要按化学计量数，换算成同一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。★等效平衡思想：①对于恒温恒容条件下反应前后气体体积改变的可逆反应，极限转化后其物质的量与对应组分的起始3加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。（全等效平衡）②对于恒温恒容条件下的反应前后气体体积不变的可逆反应极限转化后其物质的量比与对应组分的起始加入量对应成比例，则建立的化学平衡状态是等效的。（等比平衡）③恒温恒压条件下的可逆反应(无论体积可变或不变)：极限转化后对应成比例，可建立等效平衡。（等比平衡）四．题例分析：等效平衡问题的解答，关键在于判断题设条件是否是等效平衡状态，以及是哪种等效平衡状态。要对以上问题进行准确的判断，就需要牢牢把握概念的实质，认真辨析。明确了各种条件下达到等效平衡的条件，利用极限法进行转换，等效平衡问题就能迎刃而解了。例题1.某温度下，向某密闭容器中加入1molN2和3molH2，使之反应合成NH3，平衡后测得NH3的体积分数为m。若温度不变，只改变起始加入量，使之反应平衡后NH3的体积分数仍为m。假设N2、H2、NH3的加入量（单位：mol）用x、y、z表示，应满足：（1）.恒定温度、体积：①若x＝0，y＝0，则z＝_________；②若x＝0.75，y＝_________，则z＝_________；③x、y、z应满足的一般条件是_______________________________。（2）.恒定温度、压强：①若x＝0，y＝0，则z＝_________；②若x＝0.75，y＝_________，则z＝_________；③x、y、z应满足的一般条件是______________________。例题2.有两只密闭容器A和B，A容器有一个移动的活塞，能使容器内保持恒压，B容器保持恒容，起始时向这两只容器中分别充入等量的体积比为1︰2的SO2和O2的混合气体，并使A和B的容积相等。在保持400℃的条件下，使之发生反应：2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），请填写下列空格：①达到平衡时所需的时间A比B，A中SO2的转化率比B。②达到（1）所述的平衡后，若向两容器中通入数量不多的等量氩气，则A容器中化学平衡移动，B容器中化学平衡移动。③达到（1）所述的平衡后，若向两容器中通入等量的原反应气体，再达到平衡时，A容器中SO3的体积分数（填增大、减小或不变），B容器中SO3的体积分数。4例题3.537℃、1.01×105Pa时，往容积可变的密闭容器中充入2molSO2、1molO2，此时容器的体积为200L。向容器中加入催化剂（固体）并保持恒温恒压，发生反应：2SO2（气）+O2（气）2SO3（气）达到平衡时，平衡气体中SO3的体积分数为0.91。请回答下列问题：（1）工业上二氧化硫的催化氧化采用常压而不采用高压的原因是：_______。（2）保持上述温度和压强不变，若向容器中只充入2molSO3并加入固体催化剂。则平衡时，SO2的体积分数是，容器的体积为L。（3）温度仍保持537℃，容器体积保持200L不变（恒容）。充入amolSO2、bmolO2，并加入固体催化剂，反应达平衡时，SO3的体积分数仍为0.91，体系压强为1.01×105Pa。若a∶b=2∶1，则a=。五．“等效平衡”的规律影响化学平衡的外界条件有温度、浓度、压强等，外界条件相同时，平衡状态就相同，即为等效平衡状态。而压强对化学平衡的影响是通过改变浓度实现的，所以当温度不变、反应物起始浓度相同时，即为相同的外界条件，平衡后的状态就是等效平衡状态。1．恒温恒容，极值等量：在恒温恒容时，只要反应物各组分的起始投料量的物质的量相同，其浓度就相同，则外界条件相同，平衡时为等效平衡状态。不同的投料方式按完全反应（事实上不可能完全反应）计算，得出的投料量若与原投料相同，即极值等量，亦达到等效平衡。[例1]在一固定容积的密闭容器中，加入2molX和1molY，发生如下反应：2X（g）+Y(g)3Z(g)+R(g)，当反应达到平衡后，Z的浓度为ωmol/L。若维持容器的体积和温度不变，按下列四种配比起始进行反应，达到平衡后，Z浓度仍为ωmol/L的是：A、4molX+2molYB、2molX+1molY+3molZ+1molRC、3molZ+1molY+1molRD、3molZ+1molR2.恒温恒压，极值等比：恒温恒压时，要保持浓度不变，只要将不同的投料方式按完全反应（事实上不可能完全反应）计算，得出的投料量若与原投料量等比即为等效平衡。因为投料量按比例变化时，要保持压强5不变，体积也应按相同比例变化，故浓度不变，为等效平衡。[例2]若将例1中的容器改为恒压容器，其他条件不变，则符合条件的选项有哪些？3.温度改变，不能相同：不存在既不吸热，又不放热的化学反应。因此，只要温度发生变化，平衡就会移动，就不会有等效平衡状态。[例3]在一个容积固定的反应器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如图所示的可逆反应。各物质的起始加入量如下：A、B和C均为4.0mol，D为6.5mol，F为2.0mol，设E为xmol。当x在一定范围内变化时，均可通过调节反应器的温度，使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器正中位置。请填写以下空白：(1)若x＝4.5，则右侧反应在起始时向________________(填“正反应”或“逆反应”)方向进行。欲使起始反应维持向该方向进行，则x的最大取值应小于________________。(2)若x分别为4.5和5.0，则在这两种情况下，当反应平衡时，A的物质的量是否相等____________(填“相等”、“不相等”或“不能确定”)。其理由是________________。4.特例：对于反应前后总体积不变的可逆反应，无论恒温恒容，还是恒温恒压条件下，只要极值等比就可达到等效平衡状态。这里我们分析一下恒温恒容的情况，例如，在H2(g)+I2(g)2HI(g)中，恒温恒容时，①充入2molH2和2molI2②充入4molH2和4molI2，讨论两种情况是否等效。可首先将②看成恒压容器，则两情况平衡时是等效平衡，然后将②压缩到原容器体积，平衡不移动，由此可理解两种情况下的平衡是等效平衡。五.“等效平衡”的应用：[例4]完全相同的两个容器M和N，M中装有O2和SO2各1g，N中装有O2和SO2和2g。在相同温度下达到平衡时，SO2的转化率M中为a%，N中为b%，a%和b%的关系：6①两容器均为等压时（）②两容器均为定容时（）A.a%b%B.a%=b%C.a%b%D.无法判断[练习]：1.完全相同的两个固定容积的容器A和B，在相同条件下，A中充入2molN2和3molH2，平衡时NH3的物质的量为1.6mol，B中充入4molN2和6molH2，平衡时，NH3的物质的量范围是______________2.①在平衡体系中，再充入N2O4，并保持容器体积不变。反应达到平衡时，NO2和N2O4物质的量的比值应：A.不变B.增大C.减少D.可能增大也可能减少②若上题改为充NO2呢？3.（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