高中化学选修4：等效平衡专题

高中化学选修4：等效平衡专题

一 、 等效平衡的概念 : 在 一定条件 下，同一可逆反应只要 起始组分 的量 相当 ，无论经过何种 途径 ，但达到化学平衡时，只要任何相同组分（同种物质）的 物质的量分数（百分含量） 相同，这样的平衡称为等效平衡。 等效平衡专题 等效平衡 恒温恒容 : m + n = p + q m + n ≠ p + q 恒温恒压 : m + n = p + q m + n ≠ p + q 对于： m A(g) ＋ n B(g) p C(g) ＋ q D(g) (△n(g)=0) (△n(g)=0) (△n(g)≠0) (△n(g)≠0) 二、 等效平衡的建成条件、判断方法及产生结果： 方法 : 放大缩小法 、 极限转换法或 一边倒法 一）恒温恒容 1 ： ( △n ( g ) =0 ) H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 Ⅰ H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g) H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 Ⅱ H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 Ⅱ ? 1mol H 2 1mol I 2 A 1mol H 2 1mol I 2 B 1mol H 2 1mol I 2 B 2mol H 2 2mol I 2 B 方法 : 放大缩小法 恒温恒容 ( △n ( g ) =0 ) H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g) 1mol H 2 1mol I 2 B 1mol H 2 1mol I 2 B 2mol H 2 2mol I 2 B 1mol H 2 1mol I 2 B 1mol H 2 1mol I 2 B 2mol H 2 2mol I 2 B 相对等效平衡 H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 Ⅰ 1mol H 2 1mol I 2 A 例 1 、 恒温恒容时对于反应： H 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) 下列条件能与下图达到等效平衡的是（ ） 1mol H 2 1mol I 2 开始 H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 A. 2 mol HI B. 2 mol H 2 +2 mol I 2 C. 1 mol H 2 +1 mol I 2 +2 mol HI D. 0.5 mol H 2 +0.5 mol I 2 +1 mol HI （ 1 1 0 ） （ 2 2 0 ） （ 2 2 0 ） （ 1 1 0 ） ABCD 极限转化或一边倒 例 2 ： 在一个 1L 的密闭容器中，加入 2molA 和 1molB ，发生下述反应： 2A(g)+B(g) 3C(g)+D(s) 达到平衡时， C 的 浓度为 1.2mol/L 。维持容器的体积和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后， C 的 浓度 仍为 1.2mol/L 的是 ( ) A 、 0.3mol C + 0.1mol D B 、 1.6mol A + 0.8mol B + 0.6mol C + 0.2mol D C 、 3mol C + 1mol D + 1mol B D 、 4mol A + 2mol B 结论：对于 气态物质反应前后分子总数不变的可逆反应， 只要起始组分的 物质的量比 相等（相当）。则为等效平衡。 B 注意 : 上题中的答案 D 虽然 A/B = 4/2 = 2/1, 同条件下可达到等效平衡，但 C 的浓度却不为 1.2mol/L ， 而为 ？ 2.4mol/L 二、等效平衡的建成条件、判断方法及产生结果： 1 ：对于 气态物质反应前后 分子数不变化 的可逆反应 等效平衡的 判断方法是 : 使用 极限转化 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 物质的量 比 是否相等。 若相等 产生结果： 各组分百分量相同， n 、 c 同比例变化， 则为等效平衡。 m A(g) ＋ n B(g) p C(g) ＋ q D(g) m + n = p + q 一） 恒温、恒容： (△n(g)=0) 一）恒温恒容 2 ： ( △n ( g ) ≠ 0 ) 4molSO 2 2molO 2 B 方法 : 放大缩小法 极限转换法或 一边倒法 2SO 2 + O 2 2SO 3 SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 平衡状态 Ⅰ SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 平衡状态 Ⅱ SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 平衡状态 Ⅱ SO 2 O 2 SO 3 平衡状态 Ⅱ ? 2molSO 2 1molO 2 A 2molSO 2 1molO 2 B 2molSO 2 1molO 2 B 4molSO 2 2molO 2 B ① 若平衡不移动 ② 若平衡移动 恒温恒容 ( △n ( g ) ≠ 0 ) SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 平衡状态 2mol SO 2 1mol O 2 A 2mol SO 2 1mol O 2 B 2mol SO 2 1mol O 2 B 4mol SO 2 2mol O 2 B 2mol SO 2 1mol O 2 B 2mol SO 2 1mol O 2 B 4mol SO 2 2mol O 2 B 非等效平衡！ 2SO 2 + O 2 2SO 3 方法 : 放大缩小法 结论： 对于 气态物质反应前后分子总数变化的可逆反应， 只要 起始组分的 物质的量 相等（相当），则为等效平衡。否则非等效 。 例 3 ： 在一个 1L 的密闭容器中，加入 2molA 和 1molB ，发生下述反应： 2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) 达到平衡时， C 的体积分数为 a% 。维持容器的体积和温度不变，按下列配比作为起始物质，达平衡后， C 的体积分数仍为 a% 是 A 、 3mol C + 1mol D B 、 1mol A + 0.5mol B + 1.5mol C + 0.5mol D C 、 1mol A + 0.5mol B + 1.5mol C D 、 4mol A + 2mol B A 、 B 二、等效平衡的建成条件、判断方法及产生结果： 一） 恒温、恒容： 2 、 对于气态物质反应前后 分子数变化 的可逆反应等效平衡的 判断方法是 : 使用 极限转化 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 物质的量 是否对应 相等 。 若相等 产生结果： 各组分百分量、 n 、 c 均相同， 则为等效平衡（绝对等效） m A(g) ＋ n B(g) p C(g) ＋ q D(g) m + n ≠ p + q (△n(g)≠0) H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g) H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 1mol H 2 1mol I 2 A 1mol H 2 1mol I 2 B 1mol H 2 1mol I 2 B 2mol H 2 2mol I 2 B H 2 a% I 2 b% H I c% 二）恒温恒压 2 ： ( △n ( g ) =0 ) H 2 a% I 2 b% H I c% 平衡状态 H 2 (g) + I 2 (g) 2HI (g) 1mol H 2 1mol I 2 A 1mol H 2 1mol I 2 B 1mol H 2 1mol I 2 B 2mol H 2 2mol I 2 B 等效平衡 1mol H 2 1mol I 2 B 1mol H 2 1mol I 2 B 二）恒温恒压 2 ： ( △n ( g ) =0 ) 练习 1 、在一密闭容器中，加入 2molA 和 1molB ，发生下述反应： 2A(g)+B(g) 3C(g)+D( s ) 达到平衡时， C 的浓度为 1.2mol/L 。维持容器的 压强 和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后， C 的 浓度 仍为 1.2mol/L 的是 ( ) A 、 0.3mol C + 0.1mol D B 、 1.6mol A + 0.8mol B + 0.6mol C + 0.2mol D C 、 3mol C + 1mol D + 1mol B D 、 4mol A + 2mol B A 、 B 、 D SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 平衡状态 Ⅱ SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 2SO 2 + O 2 2SO 3 SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 2molSO 2 1molO 2 B 2molSO 2 1molO 2 B 4molSO 2 2molO 2 B 方法 : 放大 或 缩小法 SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 平衡状态 Ⅰ 2molSO 2 1molO 2 A 二）恒温恒压 1 ： ( △n ( g ) ≠ 0 ) 2mol SO 2 1mol O 2 B 2mol SO 2 1mol O 2 B 4mol SO 2 2mol O 2 B 等效平衡 2mol SO 2 1mol O 2 B 2mol SO 2 1mol O 2 B 二）恒温恒压 1 ： ( △n ( g ) ≠ 0 ) 2SO 2 + O 2 2SO 3 SO 2 a% O 2 b% SO 3 c% 平衡状态 Ⅰ 2molSO 2 1molO 2 A 结论： 对于 气态物质反应前后分子总数变化的可逆反应， 只要 起始组分的 物质的量 相等（相当），则为等效平衡。否则非等效 。 例 4 、 （将前例 3 条件改变） 在一密闭容器中 ，加入 2molA 和 1molB ，发生下述反应： 2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) 达到平衡时， C 的体积分数为 a% 。维持容器的 压强 和温度不变，按下列配比作为起始物质，达平衡后， C 的体积分数仍为 a% 是 A 、 3mol C + 1mol D B 、 1mol A + 0.5mol B + 1.5mol C + 0.5mol D C 、 1mol A + 0.5mol B + 1.5mol C D 、 4mol A + 2mol B A 、 B 、 D 在一定温度下，一个压强恒定的密闭容器中发生反应 2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) ，根据下表有关数据分析 恒温、恒压 达平衡时 D 的体积分数（分别选填 a% 或 b% a≠b ） 。    A B C D 平衡时 D 的体积分数   起始 充入 2mol 1mol 0 0 1mol 0.5mol 1.5mol 0.5mol 4mol 2mol 0 0 2mol 2mol 0 0 a% a% a% b% (a≠b) 二、等效平衡的建成条件、判断方法及产生结果： 与可逆反应气态物质的化学 计量数 无关 , 使用 极限转化 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 物质的量 比 是否相等。 若相等， 二） 恒温、恒压 下等效平衡的 判断方法是 : 产生结果： 各组分百分量、 c 相同， n 同比例 变化 等效平衡小结 条件 等效条件 结果 恒 温 恒 容 ( △ n( g )≠0) ( △ n( g )=0) 恒温恒压 投料换算成相同物质表示时 量相同 投料换算成相同物质表示时 等比例 投料换算成相同物质表示时 等比例 两次平衡时各组分百分量、 n 、 c 均相同 两次平衡时各组分百分量相同， n 、 c 同比例变化 两次平衡时各组分百分量、 c 相同 n 同比例变化 等效平衡规律 : ① 恒温恒容条件下的等效平衡 Ⅰ ： 对反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要换算成反应物（或生成物）的 物质的量的比值 与原平衡相同，则二平衡等效。 II ： 对反应前后气体分子数改变的可逆反应，只改变起始加入量，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左 或 右边同一半边的 物质的量 与原平衡相同，则二平衡等效。 ② 恒温恒压下的等效平衡 III ： 改变起始加入情况，只要按化学计量数换算成平衡式左或右边同一半边的 物质的量 的比值 与原平衡相同，则 二平衡等效。 注 :I 、 III 为相对等效； II 为绝对等效 . 化学平衡特征和标志 练习 5 、在一个 1L 的密闭容器中，加 2molA 1molB 发生下述反应： 达到平衡时， C 的浓度为 1.2mol/L , C 的体积分数为 a% 。 维持容器的 压强和温度 不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后， C 的浓度仍是 1.2mol/L （或 C 的体积分数仍是 a% ）的是 A 、 3mol C+1mol D B 、 1mol A+0.5mol B+1.5mol C+0.5mol D C 、 1mol A+0.5mol B+1.5mol C D 、 4mol A+2mol B ABD 三、等效平衡的应用： 练习 6 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 Φ% 。若维持容器体积和温度不变，按 0.6molA ， 0.3molB 和 1.4molC 为起始物质，达到平衡后， C 的体积分数也为 Φ% ，则 x 的值 （ ） A 、只能为 2 B 、只能为 3 C 、可能是 2 ，也可能是 3 D 、无法确定 C 注意： C 无论是多少，分解时总是按 2 ： 1 分解。 练习 7 、在一固定容积的密闭容器中充入 2molA 和 1molB ，发生反应： 2A( 气 )+B( 气 ) xC( 气 ), 达到平衡后， C 的体积分数为 W% 。若维持容器体积和温度不变，按 0.6molA 、 0.3molB 和 1.4molC 为起始物质，达到平衡后， C 的体积分数仍为 W% ，则 x 值为（ ） A 、 1 B 、 2 C 、 3 D 、 4 BC ﹏ 同练习 6 练习 8 、某温度下，向某密闭容器中加入 1molN 2 和 3molH 2 , 使之反应合成 NH 3 ，平衡后测得 NH 3 的体积分数为 m 。若 T 不变，只改变起始加入量，使之反应平衡后 NH 3 的体积分数仍为 m ，若 N 2 、 H 2 、 NH 3 的加入量用 X 、 Y 、 Z 表示应满足： （ 1 ）恒定 T 、 V ： [1] 若 X=0 ， Y=0 ，则 Z=----------- 。 [2] 若 X=0.75 ， Y=---------- ， Z=---------- 。 [3]X 、 Y 、 Z 应满足的一般条件是 --------------- （ 2 ）恒定 T 、 P ： [1] 若 X=0 、 Y=0 ，则 Z 。 [2] 若 X=0.75, 则 Y ， Z 。 [3]X 、 Y 、 Z 应满足的一般条件是 >0 =2.25mol ≥0 Y=3X ， Z≥0 2mol 2.25mol 0.5mol X+Z/2=1 , Y+3Z/2=3 练习 9 、在固定体积的密闭容器内，加入 2 mol A 、 1mol B ，发生反应： A( 气 )+B( 气 ) 2C( 气 ) 达 到平衡时， C 的 质量 分数为 W 。在相同 (T 、 V) 条件下，按下列情况充入物质达到平衡时 C 的 质量 分数仍为 W 的是 A.2mol C B.3mol C C.4mol A 、 2mol B D.1mol A 、 2mol C CD 练习 10 、在一固定容积的密闭容器中充入 2molA 和 1molB ，发生反应： 2A( 气 )+B( 气 ) xC( 气 ), 达到平衡后， C 的体积分数为 W% 。若维持容器体积和温度不变，按 0.6molA 、 0.3molB 和 1.4molC 为起始物质，达到平衡后， C 的体积分数仍为 W% ，则 x 值为（ ） A 、 1 B 、 2 C 、 3 D 、 4 练习 11 、 某温度下在一固定容积的密闭容器中，发生如下反应： 2A( 气 )+B( 气 ) 2C( 气 ), 若开始只充入 2molC( 气 ) ，达到平衡时，混合气体的压强比开始时增大了 20% ；若开始时只充入 2molA 和 1molB 的混合气体，达到平衡 A 的转化率为（ ） 两次达到平衡后产生的热量值是否相等？ A 、 20% B 、 40% C 、 60% D 、 80% BC C 练习 12. 某温度下，在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 、 4mol 。维持容器的温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下的调整，可是平衡右移的是 ( ) A 、均减半 B 、均加倍 C 、均增加 1mol D 、均减少 1mol C 详解：（三行式法）依阿佛加德罗定律：气体的物质的量比 = 体积比 = 压强比 由题意： 2A( 气 ) + B( 气 ) 2C( 气 ) △V 2 1 2 1 开始： ？ ？ ？ 变化： ？ ？ ？ 平衡： 4mol 2mol 4mol 由于该反应在一容积可变的容器中进行，即恒温、恒压， 只要 起始组分的 物质的量比 相等（相当）。则为等效平衡。可认为平衡不移动，淘汰 A 、 B 故有：各增加 1mol 时，可作如下计算： 由题意： 2A( 气 ) + B( 气 ) 2C( 气 ) △V 2 1 2 1 开始：（ 4+1 ） mol （ 2+0.5 ） mol （ 4+1 ） mol 变化： ？ ？ ？ 平衡： ？ ？ ？ 则达到平衡后 为等效平衡。可认为平衡不移动， 但 B 只增加了 0.5mol, 与题所给条件不符，需再增加 0.5mol B 才相符。依勒夏特列原理，此时平衡将右移 ， 故选： C