1、 第3课时等效平衡目标要求1.理解等效平衡的概念。2.能够判断并建立等效平衡。一、等效平衡的含义在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。二、等效平衡的分类(1)对于恒温、恒容条件下的体积可变的反应如果按方程式中的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。结果：达到平衡后，各组分的百分含量及各组分的浓度都是相等的。例如，一定条件下的可逆反应：2SO2O2催化剂2SO3 2 mol 1 mol 0 mol 0 mol 0
2、mol 2 mol 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol上述三种配比，按方程式的计量关系均转化为反应物，则SO2均为2 mol、O2均为1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。(2)对于恒温、恒容条件下的体积不变反应以及恒温、恒压的可逆反应(无论体积可变或不变)如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同，则建立的化学平衡状态是等效的。结果：达到平衡后，各组分的百分含量相同，但各组分的浓度并不一定相同。例如：H2(g) I2(g)2HI(g) 1 mol 1 mol 0 mol 2 mol 2 mol 1 mol上述两种配比，按方程
3、式中化学计量关系均转化为反应物，两种情况下H2(g)与I2(g)的物质的量比均为11，因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的。知识点一恒温、恒容条件下的等效平衡1已知在等温、等容条件下，有如下可逆反应：2A(g)2B(g)3C(g)D(g)。现分别从两条途径建立平衡，途径：A、B的起始浓度均为2 molL1；途径：C、D的起始浓度分别为6 molL1和2 molL1。下列叙述正确的是()A、两种途径最终达到平衡时，体系内混合气体的浓度相同B、两种途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同C达到平衡时，途径的反应速率v1等于途径的反应速率v2D达到平衡时，途径混合气体的密度与途径混合气
4、体的密度相等答案B解析该反应的条件是在等温等容条件下，且该反应前后气体体积不变。由于途径相当于A、B的起始浓度均为4 molL1建立平衡体系，故平衡时各组分的体积百分含量应与相同，但各组分的浓度以及混合气体的密度则为的两倍。2在1 L密闭容器中通入2 mol NH3，在一定温度下发生反应：2NH3高温、高压催化剂N23H2，达平衡时，N2的物质的量分数为a%，维持容器的体积和温度不变，分别通入下列几组物质，达到平衡时，容器内N2的物质的量分数仍为a%的是()A3 mol H2和1 mol NH3B2 mol NH3和1 mol N2C2 mol N2和3 mol H2D0.1 mol NH3、
5、0.95 mol N2、2.85 mol H2答案D解析由题意可知，是在恒温恒容下的等效平衡，应满足投料相等，利用极限转化法可将各项中物质转化成第一种情况中NH3的物质的量来比较：A1 mol NH33 mol H2 B2 mol NH31 mol N2C2 mol NH31 mol N2 D中2 mol NH3，故答案为D。3一定温度下，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2 mol A和2 mol B，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()2 mol C2 mol A、1 mol
6、B和1 mol He(不参加反应)1 mol B和1 mol C2 mol A、3 mol B和3 mol CA B C D答案A解析将选项中的各种配比全部转化为起始时A和B的物质的量并与题给平衡进行对比分析：2A(g)B(g)3C(g)已知 2 2 0 a%A 0 a%B 2 1 0 a%C 0 1时，必然A的体积分数增加，(A)a%，如选项、；当n(A)n(B)1时，B的体积分数增加，(A)1，B的物质的量小于2 mol；若3a1，B的物质的量等于2 mol；若3a丙甲 B乙丁甲丙C丁乙丙甲 D丁丙乙甲答案A解析本题主要考查外界条件对化学平衡的影响及等效平衡问题。解题时应注意该反应及反应的
7、特点，即反应前后气体体积不变，同时要明确等效平衡的条件。把丙中a mol CO和a mol H2O按化学计量数转成CO2和H2也分别为a mol，则甲与丙是等量等效，则达平衡时，n(CO)应相等；把丁中a mol CO和a mol H2O按化学计量数转成CO2和H2，则起始时丁中CO2为2a mol、H2为a mol，则与乙等量等效，到达平衡时n(CO)相等。乙与甲相比相当于在甲的平衡中又加入了a mol的CO2，导致平衡正移，则平衡时n(CO)乙n(CO)甲，故选A。2对反应2NO2(g)N2O4(g)，在恒温的容器中，欲使比值增大，在温度不变时应采取()A体积不变，增加NO2的物质的量B体
8、积不变，增加N2O4的物质的量C使体积扩大到原来的2倍D使体积不变充入N2答案C解析体积不变无论是增加NO2物质的量还是增加N2O4的物质的量，从效果上来讲，都相当于增大压强，平衡右移，NO2相对含量减小，N2O4相对增多，故A、B错；C项等效于减小压强，C正确；需要注意的是B项单从平衡移动角度看，因c(N2O4)变大，使v正n Bmm，B选项正确。练方法技巧5一定温度下，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2 mol A和2 mol B，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的体积分数小于a%的是()A2 m
9、ol CB2 mol A和1 mol BC1 mol B和1 mol CD2 mol A、3 mol B和3 mol C答案C解析由于压强改变对平衡移动无影响，故平衡后A的体积分数只与起始加入的A、B物质的量之比有关。假设反应都向逆反应进行到底，按四种配比加入起始物质，可等效转换成起始加入A、B的物质的量之比为：An(A)n(B)21 Bn(A)n(B)21Cn(A)n(B)12 Dn(A)n(B)11平衡后A的体积分数为a%时，起始加入的A、B物质的量之比为11。若平衡后A的体积分数小于a%，则起始加入A、B的物质的量之比应小于11。点拨：等效平衡问题一般涉及的是气体参加的反应。解决问题时同
10、学们容易出现下面两个错误：(1)忽略了反应条件对等效平衡的限制作用。(2)不注意反应类型的特殊性，即等体反应和非等体反应的等效平衡建立的限制条件是不同的。6已知：H2(g)I2(g)2HI(g)H0。有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，相同温度下分别达到平衡。欲使甲中HI的平衡浓度大于乙中HI的平衡浓度，应采取的措施是()A甲、乙提高相同温度B甲中加入0.1 mol He，乙不变C甲降低温度，乙不变D甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2 答案C解析0.2 mol HI相当于H2、I2各0.1 mol，所以甲、乙在题
11、述情况下达到的平衡是等效的。A项，甲、乙提高相同温度，仍等效；B项，甲中加入0.1 mol He对反应无影响；C项，甲降低温度，平衡右移，HI的浓度增大；D项，甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2，平衡都向右移动，HI的浓度都增大。点拨：任何一个可逆反应体系，在相同条件下从不同的状态开始，只要达到平衡时的条件(温度、压强、浓度)完全相同，则可以形成等效平衡。我们在解题中若遇到将两个状态进行比较这类问题，可以“虚拟”一个中间过程，如一个容器、一个隔板等，然后再进行比较。综合拓展7某温度下，密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2，使之反应合成NH3，平衡后，测得NH3的
12、体积分数为n0，如果温度不变，只改变起始加入量，使反应平衡后NH3的体积分数为n0，若N2、H2、NH3的物质的量分别用x、y、z表示。.恒温恒容条件下若x0，y0，则z_。若x0.75 mol，则y_，z_。x、y、z满足的一般条件是_。.恒温恒压条件下，上述结论又如何？答案.2 mol2.25 mol0.5 mol2xz2,2y3z6.z为大于0的任意值2.25 molz为任意值xy13，z为任意值，或x或y均等于0，z为大于0的任意值。解析本题起始状态不同，但最终NH3的百分含量相同，即最终各平衡是等效的。恒温恒容条件下，“一边倒”后，对应的各物质的物质的量相等即可，例如“左倒”后，都是
13、1 mol N2和3 mol H2，故x0，y0，则z2 mol；若x0.75 mol，则y2.25 mol，z0.5 mol；“左倒”后，生成的N2为 mol，生成的H2为 mol，所以x1，y3。还可以用原子守恒：2xz2(N守恒)；2y3z6(H守恒)。恒温恒压下，“一边倒”后，求得N2、H2物质的量之比为13即可。因为N2、H2、NH3的计量数之比为132，所以x0，y0，则z为大于0的任意值；x0.75 mol，则y2.25 mol，z为任意值；xy13；z为任意值，若x与y均等于0，z为大于0的任意值。8在恒温容器中加入1 mol N2和3 mol H2，达到平衡时NH3的体积分数
14、为m%。若N2、H2、NH3的起始加入量分别为x mol、y mol、z mol，达到平衡时NH3的体积分数仍为m%。(1)该容器恒容，则x、y、z应满足的关系是_。(2)该容器恒压，则x、y、z应满足的关系是_，设前者达到平衡时生成NH3 a mol，则后者达到平衡时生成NH3_mol(用a、x、z表示)。答案(1)xz/21且y3z/23(2)(2xz)/(2y3z)1/3(xz/2)a mol解析解法一：极限法N23H2高温、高压催化剂2NH3起点1: 1 mol 3 mol 0起点2: x mol y mol z mol逆推： (xz/2) mol (y3z/2) mol 0(1)根据
15、题意，两起点达到平衡时，NH3的量相等，而化学平衡的建立只与条件(温度、浓度、压强)有关，与途径无关，故将起点2“推回”至与起点1相同时(即将z mol NH3完全分解，如上所示)，N2与H2的量应分别与起点1完全相同，这样两者达到平衡时N2、H2、NH3的量才完全相同，故x、y、z应满足的关系如下：xz/21且y3z/23。(2)根据题意，两起点达到平衡时，NH3的物质的量分数相等，故只需“一边推”后，两者的投料比相等即可，故x、y、z应满足的关系如下：1 mol3 mol(xz/2)mol(y3z/2)mol即：(xz/2)mol/(y3z/2)mol1/3因为“一边推”后，后者的N2为前者的(xz/2)倍，故平衡时生成的NH3也为前者的(xz/2)倍，即(xz/2)a mol解法二：原子守恒法(1)因为起点1与起点2达到平衡时各组分的量分别相等，故各原子的物质的量也应分别相等，利用原子守恒有：2xz12(N原子守恒)2y3z32(H原子守恒)(2)因为起点1与起点2达到平衡时各组分的体积分数分别相等，故各原子的物质的量之比也应分别相等，故：起点1中：n(N)/n(H)(12)/(32)1/3起点2中：n(N)/n(H)(2xz)/(2y3z)得(2xz)/(2y3z)1/3又因为后者N原子是前者N原子的(2xz)/2倍，所以生成NH3为(xz/2)a mol。