2021届一轮复习（人教版）等效平衡学案
等效平衡
1.等效平衡的含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压),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,或是正、逆反应同时投料,达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。
2.等效平衡的类型和特征
类型
等同平衡
等比平衡
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
适用对象
任何可逆反应
反应前后气体分子数相同的可逆反应
所有可逆反应
起始投料(折算后)
相同组分的物质的量相同
相同组分的物质的量之比相同
相同组分的物质的量之比相同
等效特征(相同组分的物理量比较)
物质的量分数
相等
相等
相等
物质的量
相等
等比
等比
物质的量浓度
相等
等比
相等
3.虚拟“中间态”法构建等效平衡
(1)构建恒温恒容平衡思维模式。
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。
(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示)。
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。
【典例】(2018·江苏高考改编)一定温度下,在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物,发生反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(正反应放热),测得反应的相关数据如下:
容器1
容器2
容器3
反应温度T/K
700
700
800
反应物投入量
2 mol SO2、
1 mol O2
4 mol SO3
2 mol SO2、
1 mol O2
平衡v正(SO2)/
mol·L-1·s-1
v1
v2
v3
平衡c(SO3)
/mol·L-1
c1
c2
c3
平衡体系
总压强p/Pa
p1
p2
p3
物质的平衡
转化率α
α1(SO2)
α2(SO3)
α3(SO2)
平衡常数K
K1
K2
K3
下列说法正确的是 ( )
A.v1
K3,p2>2p3
C.v1α3(SO2)
D.c2>2c3,α2(SO3)+α3(SO2)>1
【审题流程】解答本类试题时通常采用如下流程:
【解析】选C。A项,容器2中投入量相当于容器1中投入量的2倍,平衡时,容器2中SO2的速率大,容器2相当于两个容器1加压,平衡正向移动,则平衡时SO3的量比容器1中2倍还大,错误;B项,平衡常数仅与温度有关,容器3中温度高,而该反应为放热反应,升温平衡逆向移动,平衡常数减小,即K1>K3,容器2中投入量相当于容器3的两倍,两个容器3加压时,平衡正向移动,压强减小,即p2<2p3,并且容器3中温度高于容器2,则两倍容器3中的压强更大,错误;C项,容器1和3中起始投入量相等,但是容器3中温度高,则反应速率快,即v3>v1,升高温度,平衡逆向移动,SO2的转化率减小,即α1(SO2)>α3(SO2),正确;D项,容器2相当于两个容器3加压且降温,平衡会正向移动,容器2平衡时c(SO3)的量比容器3平衡时c(SO3)的量两倍还要多,若容器2中投入2 mol SO3且两容器的温度相等,则两容器为完全等效,故有α2(SO3)+α3(SO2)=1,对于容器2而言,相当于两个容器3加压且降温,使得反应向生成SO3方向进行,则α2(SO3)减小,
又容器2中温度低,也会使得反应向SO3方向进行,即α2(SO3)减小,所以α2(SO3)+α3(SO2)<1,错误。
【延伸探究】(1)若将容器2改为恒压密闭容器,其余不变。判断容器1和容器2中表格所涉及物理量的关系。
提示:v1>v2,c1>c2,p1>p2,K1=K2,α1(SO2)+α2(SO3)>1。由于容器2为恒压密闭容器,且有4 mol的SO3,根据等效平衡的原理,因此容器2相当于2个容器堆积在一起,随反应进行,容器体积增大。
(2)若将容器2中的“4 mol SO3”改为“2 mol SO3”,其余不变。判断容器1和容器2中表格所涉及物理量的关系。
提示:v1=v2,c1=c2,p1=p2,K1=K2,α1(SO2)+α2(SO3)=1。此时两容器均为恒温恒容的密闭容器,且两容器中的起始投料相当,因此两容器中达到的平衡是完全相同的。
1.同温度下,体积均为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应: N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.6 kJ·mol-1。测得数据如表:
容器
编号
起始时各物质的
物质的量/mol
达到平衡时体系
能量的变化
N2
H2
NH3
①
2
3
0
27.78 kJ
②
1.6
1.8
0.8
Q
下列叙述不正确的是 ( )
A.容器①、②中反应达平衡时压强相等
B.容器②中反应开始时v(正)>v(逆)
C.容器②中反应达平衡时,吸收的热量Q为9.26 kJ
D.若条件为“绝热恒容”,容器①中反应达平衡时n(NH3)<0.6 mol
【解析】选B。根据容器①中反应达到平衡时能量的变化可知,该反应中转化的N2为=0.3 mol,因此根据三段式法可得
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
起始/(mol) 2 3 0
转化/(mol) 0.3 0.9 0.6
平衡/(mol) 1.7 2.1 0.6
故平衡常数K=(mol·L-1)-2≈0.023(mol·L-1)-2<(mol·L-1)-2≈0.069(mol·L-1)-2,因此容器②中反应向逆反应方向进行,v(正)K2>K1
【解析】选A。容积为2 L的恒容密闭容器中充入2 mol A和1 mol B,发生反应:2A(g)+B(g)2D(g),实验Ⅲ中,平衡时n(D)=1 mol,则n(A)=1 mol,n(B)=
0.5 mol,因此c(D)=0.5 mol·L-1,c(A)=0.5 mol·L-1,c(B)=0.25 mol·L-1,750 ℃的平衡常数K===4,温度不变,则平衡常数不变,实验Ⅲ达平衡后,恒温下再向容器中通入1 mol A和1 mol D,则此时容器中c(A)=1 mol·L-1, c(B)=0.25 mol·L-1,c(D)=1 mol·L-1,此时浓度商QC==4=K,则平衡不发生移动,故A正确;升高温度不能降低反应的活化能,但能使部分非活化分子吸收热量而变为活化分子,即增大了活化分子百分数,增大活化分子的有效碰撞机会,化学反应速率加快,故B错误;根据理想气体状态方程PV=nRT可知,在相同体积的容器中,PⅢ∶PⅠ=(nⅢTⅢ)∶(nⅠTⅠ)。反应起始时向容器中充入2 mol A和1 mol B,实验Ⅲ达平衡时,n(D)=1 mol,根据反应方程式,则平衡时n(A)=1 mol, n(B)=0.5 mol。实验Ⅰ达平衡时,n(D)=1.5 mol,根据反应方程式,n(A)=0.5 mol, n(B)=0.25 mol,则实验Ⅲ达平衡后容器内的压强与实验Ⅰ达平衡后容器内的压强之比=≠0.9,故C错误;
反应为2A(g)+B(g) 2D(g),比较实验Ⅰ和Ⅲ,温度升高,平衡时D的量减少,化学平衡向逆反应方向移动,则K3
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