第二节_化学反应速率与化学平衡(等效平衡)

浙江省温州中学杨振华2009-10-301、等效平衡的含义注意：最终化学平衡状态的建立，与反应途径无关，与反应条件（温度、压强、容积等）有关。等效的是最终的平衡状态，过程不一定等效，如转化率等不一定相等。在一定条件(定温、定容或定温、定压)下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应，最终都可建立同一平衡，平衡时任何相同组分的含量(包括体积分数、物质的量分数)均相同，即达到相同的平衡状态，这样的化学平衡互称为等效平衡。2、判断等效平衡的方法利用极限转化的方法将各反应体系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等。3、等效平衡的分类(I)定温、定容条件下的等效平衡对于一般的可逆反应，在定T、V条件下，只要反应物和生成物的量相当。(即根据化学计量系数换算成反应物或换算成生成物时与原起始量相同)，则不论从反应物开始，还是从生成物开始，则两平衡等效。例1、在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，当反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2、SO3的物质的量（mol）。如a、b、c取不同的值，它们满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时完全相同，填写空白：⑴若a=0，b=0，则c=__________⑵若a=0.5，则b=________，c=________。⑶a、b、c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)：_____________________________。20.251.5a＋c=2；b＋c/2=1；例2、某温度下，在固定容积的密闭容器中，可逆反应A(g)+3B(g)2C(g)达到平衡，测得平衡时A、B、C物质的量之比n(A)：n(B)：n(C)=2：2：1。若保持温度不变，以2：2：1的物质的量之比再充入A、B和C，下列判断中正确的是()(A)平衡向正反应方向移动(B)平衡不会发生移动(C)C的质量分数增大(D)C的质量分数减小AC均换算成起始态，反应物的量均是原来的两倍，但比例不变，故相当于增大压强，平衡向正反应方向(II)定温、定压条件下的等效平衡在T、P相同的条件下，改变起始加入情况，只要按可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边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。例3、在某温度下，一容积可变的容器中反应2A(g)＋B(g)2C(g)，达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol，保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是()(2003全国高考题)(A)均减半(B)均加倍(C)均增加1mol(D)均减少1molCC可看作A、B、C先增加1mol、0.5mol、1mol，平衡不移动，然后再增加0.5molB平衡向右移动。D可看作A、B、C先减少1mol、0.5mol、1mol，平衡不移动，然后再减少0.5molB平衡向左移动。(III)在等温、等容条件下，对于反应前后气体的总物质的量不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量之比与起始态相等，则二者等效平衡。例4、在等温，等容条件下有下列反应：2A(g)＋2B(g)C(g)＋3D(g)。现分别从两条途径建立平衡：Ⅰ.A和B的起始浓度均为2mol/L；Ⅱ.C和D的起始浓度分别为2mol/L和6mol/L。下列叙述正确的是(A)Ⅰ和Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气的体积分数不变(B)Ⅰ和Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气的物质的量浓度不变(C)达平衡时，Ⅰ途径的反应速率VA等于Ⅱ途径的反应速率VB(D)达平衡时，第Ⅰ条途径混合气体密度为第Ⅱ途径混合气体密度的1/2相当于增大压强，Ⅱ的浓度是Ⅰ的两倍，但体积分数不变，等体积反应，平衡不移动。AD例5、在一固定容积的密闭容器中，充入2molA和1molB，发生反应:2A(g)＋B(g)xC(g)达到平衡后，C的体积分数为w%。若维持容器容积和温度不变，按0.6molA，0.3molB和1.4molC为起使配比投入，达到平衡后C的体积分数也w%，则x的值可能为()(A)1(B)2(C)3(D)4BC分析：有两种可能：一种是变体反应，换算成相同的起始状态，起始浓度完全相同。答案为B；另一种是等体反应，只要保持A、B的比例相同，体积分数即不变，答案选C。例6、在定温和定容的密闭容器中发生反应:2HI(g)H2(g)+I2(g)按下列关系充入气体(1)充入2molHI(2)充入4molHI(3)充入3molH2和3molI2(g)，I2的体积分数分别为x%、y%、z%，则x和y的关系是总结:1.定T、V条件下，换算成同一方面的反应物或生成物时，与原起始量相同，则两平衡等效。2.定T、V条件下，对于反应前后气体的总物质的量不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量之比与起始态相等，则为等效平衡。3.定T、P条件下，只要换算成平衡式同一边，物质的量之比与原平衡相同，则为平衡等效。练1、某温度下，反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)△H0，在密闭容器中加入1molCO和1molH2达到平衡。下列说法正确的是（）（2005年温州市二模试题）A．在其它条件不变时，降低温度，混合气体的密度增大B．在恒温恒压下，充入少量水蒸气，混合气体中H2的体积分数增大C．在恒温恒容下，充入氖气，平衡向逆反应方向移动D．在恒温恒压下，充入氖气，水蒸气的转化率增大D练2、一定温度下,在恒容密闭容器中发生如下反应:2A(g)+B(g)3C(g)，若反应开始时充入2molA和2molB，达平衡后A的体积分数为a%。其他条件不变时，若按下列四种配比作为起始物质，平衡后A的体积分数大于a%的是()（2005年江苏省高考题）A.2molCB.2molA、1molB和1molHe(不参加反应)C.1molB和1molCD.2molA、3molB和3molCAB练3、在一固定容积的密闭容器中,保持一定温度,进行下列反应:H2(气)+Br2(气)2HBr(气),已知加入1molH2和2molBr2时,达到平衡后生成amolHBr.保持温度等其他条件不变,要求达到平衡时各物质的百分含量不变.请填写下表中(1)(2)(3)后的空格．已知编号起始状态时各物质的物质的量／mol平衡状态时HBr的物质的量／molH2Br2HBr１20a（１）２40（２）10.5a（３）mn（n≥2m）2a00.52n-4m(n-m)a练4、体积相同的甲乙两个容器中，分别都充有等物质的量的SO2和O2，在相同温度下发生反应：2SO2＋O22SO3，并达到平衡，在这个过程中，甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，若甲容器中SO2的转化率为P%，则乙容器中SO2的转化率()(全国高考题）(A)等于P%(B)大于P%(C)小于P%(D)无法判断B练5、在一密闭容器中充入等物质的量的A2和B2，发生反应：mA2(g)＋nB2(g)pC(g)，当反应达到平衡时，A为0.9mol，B为0.1mol，C为0.8mol。则C的化学式可能为()(A)AB2(B)AB3(C)A2B4(D)ABBC练6、将一定量的Ag2SO4固体置于容积不变的密闭容器中，在一定温度下加入催化剂后，发生反应Ag2SO4(s)Ag2O(s)＋SO3(g)；2SO3(g)2SO2(g)＋O2(g)。经10min后达到平衡，此时C(SO3)=0.4mol/L，C(SO2)=0.1mol/L。下列判断正确的是()(A)SO3的分解率为20%(B)用O2表示的反应速率为V(O2)=0.01mol/L·min(C)在上述平衡体系中再加入少量的氧化银，SO3的浓度将减小(D)若温度不变，体积缩小为原来的一半，达到平衡时有：4C(O2)平＋2C(SO2)平==C(SO3)平A练7、(1996年全国，31)在一个容积固定的反应器中，有一可左右滑动的密封隔板，两侧分别进行如下图所示的可逆反应。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，均可以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，当反应达平衡时，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_______________________。正反应7.0不相等两种情况是在两个不同温度下建立的化学平衡，平衡状态不同，所以物质的量也不相同分析（1）左侧反应器是一个反应前后气体分子数不变的可逆反应，气体的总物质的量始终是12mol。当x＝4.5mol时，右侧反应在起始时总的物质的量为13mol，大于左侧的12mol，因此要保持隔板位于反应器的中间，右侧的可逆反应只能向正反应方向进行，因为右侧反应的正反应方向是气体分子数减小的方向。若要始终维持这个方向，则设E的最大值就是x，根据右侧反应方程式有：起始(mol)6.5molxmol2mol转化(mol)amol2amol2amol平衡(mol)(6.5-a)mol(x-2a)mol(2+2a)mol(6.5-a)0(x-2a)0解得，x7.0。D（气）＋2E（气）2F（气）(6.5-a)mol+(x-2a)mol+(2+2a)mol=12mol（2）当x=4.5或5.0时，均可以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的中间位置。因温度不同，平衡时A的物质的量一定不相同。说明：本题考查的是浓度对化学平衡的影响，涉及到有关化学平衡的计算，有关化学平衡的计算的解法是：通常根据题意列出前后各物质的起始量（或浓度）、变化量、平衡量，再根据题设要求列关系式，求算结果。在掌握化学平衡计算基本模式的同时，若能灵活运用质量守恒定律、阿伏加德罗定律、平均分子相对质量的定义及差量法等解题技巧，可进一步提高解题能力。