化学平衡·难点(平衡转化率等效平衡)讲解与练习进步【经典编辑】3.doc
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1、,. 化学平衡化学平衡难点讲解与习题难点讲解与习题 1、等效平衡等效平衡 一、概念一、概念 在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下,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,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化 学平衡互称等效平衡(包括“相同的平衡状态”) 。 概念的理解: (1)外界条件相同:通常可以是恒温、恒容,恒温、恒压。 (2) “等效平衡”与“完全相同的完全相同的平衡状态”不同:“完全相同的平衡状态” 是指在达到平衡状态时,任何组 分的物质的量分数(或体积分数)对应相等,并且反应的速率等也相同,但各组分的物质的量、浓度可 能
2、不同。而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速 率、压强等可以不同。 (3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关, (如:无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向 开始投料是一次还是分成几次反应容器经过扩大缩小或缩小扩大的过程, )只要起始浓度相当, 就达到相同的平衡状态。 二、等效平衡的分类二、等效平衡的分类 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种: I 类:恒温恒容下类:恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即V0的体系):等价转化后,对应各 物质起始投料的物质的量物质的量与原平衡起始态相同相同。 II 类:恒温恒容下类:恒
3、温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即V=0的体系):等价转化后,只要反 应物(或生成物)的物质的量的比例物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。 III 类:恒温恒压下类:恒温恒压下对于气体体系等效转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例物质的量的比例与原平衡起始 态相同,两平衡等效。 解题的关键,读题时注意勾画出这些条件,读题时注意勾画出这些条件,分清类别,用相应的方法求解。我们常采用“等价转换”的方 法,分析和解决等效平衡问题 三、例题解析三、例题解析 I 类:类: 在恒温恒容下恒温恒容下,对于化学反应前后气体体积发生变化的可逆反应,只改变起始加入物质的物质的 量
4、,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同,则 两平衡等效。 ,. 例1:在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应, ,当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持 温度不变,令 a、b、c 分别代表初始时加入的的物质的量(mol) ,如果 a、b、c 取不同的 数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡状态时,反应混合物中三种气体的百分含量仍 跟上述平衡完全相同。请填空: (1)若 a=0,b=0,则 c=_。 (2)若 a=0.5,则 b=_,c=_。 (3)a、b
5、、c 的取值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) 解析:通过化学方程式:可以看出,这是一个化学反应前后气体分子数不等的可 逆反应,在定温、定容下建立的同一化学平衡状态。起始时,无论怎样改变的物质的量, 使化学反应从正反应开始,还是从逆反应开始,或者从正、逆反应同时开始,它们所建立起来的化学平 衡状态的效果是完全相同的,即它们之间存在等效平衡关系。我们常采用“等价转换”的方法,分析和解 决等效平衡问题。 (1)若 a=0,b=0,这说明反应是从逆反应开始,通过化学方程式 可以看出,反应从2 mol SO3开始,通过反应的化学计量
6、数之比换算成和的物 质的量(即等价转换) ,恰好跟反应从2 mol SO2和1 mol O2的混合物开始是等效的,故 c=2。 (2)由于 a=0.52,这表示反应从正、逆反应同时开始,通过化学方程式可以看出,要使0.5 mol SO2反应需要同时加入0.25 mol O2才能进行,通过反应的化学计量数之比换算成 SO3的物质的量(即 等价转换)与0.5 mol SO3是等效的,这时若再加入1.5 mol SO3就与起始时加入2 mol SO3是等效的,通过 等价转换可知也与起始时加入2 mol SO2和1 mol O2是等效的。故 b=0.25,c=1.5。 (3)题中要求2 mol SO2
7、 和1 mol O2要与 a mol SO2、b mol O2和 c mol SO3建立等效平衡。由化学方程式可知, c mol SO3等价转换后与 c mol SO2和等效,即是说,和与 a mol SO2、b mol O2和 c mol SO3等效,那么也就是与2 mol SO2和1 mol O2等效。故有。 II 类:类:在恒温恒容下恒温恒容下,对于反应前后气体体积不变的可逆反应,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。 例2:在一个固定容积的密闭容器中,保持一定的温度进行以下反应: 已知加入1 mol H2和2 mol Br2时,达到平衡后生成 a mol H
8、Br(见下表已知项) ,在相同条件下,且保 持平衡时各组分的体积分数不变,对下列编号的状态,填写下表中的空白。 ,. 解析解析:在定温、定容下,建立起化学平衡状态,从化学方程式可以看出, 这是一个化学反应前后气体分子数相等的可逆反应。根据“等价转换”法,通过反应的化学计量数之比换 算成同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,则达到平衡后与原平衡等效。因为标准项中 n(起 始):n(起始):n(HBr 平衡)=1:2:a,将 n(H2起始)=2 mol,n(Br2起始)=4 mol,代入上 式得 n(HBr 平衡)=2a。参照标准项可知,n(HBr 平衡)=0.5a mol,需要 n(H2起始)=
9、0.5 mol,n(Br2起始)=1 mol,n(HBr 起始)=0 mol。而现在的起始状态,已有1 mol HBr,通过等价转换 以后,就相当于起始时有0.5 mol H2和0.5 mol Br2的混合物,为使 n(H2起始):n(Br2起始)=1:2,则 需要再加入0.5 mol Br2就可以达到了。故起始时 H2和 Br2的物质的量应为0 mol 和0.5 mol。设起始时 HBr 的物质的量为 x mol,转换成 H2和 Br2后,则 H2和 Br2的总量分别为()mol 和() mol,根据,解得。设平衡时 HBr 的物质的量为 y mol,则有 ,解得。 III 类:类: 在恒温
10、恒压下恒温恒压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数之比换算成化学方程 式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,达到平衡状态后与原平衡等效。 例3:如图所示,在一定温度下,把2体积 N2和6体积 H2通入一个带有活塞的容积可变的容器中,活 塞的一端与大气相通,容器中发生以下反应:(正反应放热) ,若反应达到平衡后, 测得混合气体的体积为7体积。据此回答下列问题: (1)保持上述反应温度不变,设 a、b、c 分别代表初始加入的 N2、H2和 NH3的体积,如果反应达 到平衡后混合气体中各气体的体积分数仍与上述平衡相同,那么:若 a=1,c=2,则 b=_。在 此情况下,反应起始时将
11、向_(填“正”或“逆”)反应方向进行。若需规定起始时反应向逆反应 方向进行,则 c 的取值范围是_。 (2)在上述装置中,若需控制平衡后混合气体为6.5体积,则可采取的措施是_,原因是 _。 解析解析:(1)化学反应:在定温、定压下进行,要使平衡状态与原平衡状态等 效,只要起始时就可以达到。已知起始时各物质的体积分别为1体积 N2、b 体积 H2和2体积 。根据“等价转换”法,将2体积通过反应的化学计量数之比换算成和的体积,则相当于 起始时有(1+1)体积和(b+3)体积,它们的比值为,解得 b=3。 因反应前混合气体为8体积,反应后混合气体为7体积,体积差为1体积,由差量法可解出平衡时 为1
12、体积;而在起始时,的体积为 c=2体积,比平衡状态时大,为达到同一平衡状态,的 ,. 体积必须减小,所以平衡逆向移动。若需让反应逆向进行,由上述所求出的平衡时的体积为1 可知,的体积必须大于1,最大值则为2体积和6体积完全反应时产生的的体积,即为4体 积,则。 (2)由6.5b(乙)ab,即应填(甲) 。 四、练习四、练习 一选择题(共一选择题(共 9 小题)小题) 1 (2009唐山二模)如图所示,隔板固定不动,活塞可自由移动M、N 两个容器中均发生如下反 应:A(g)+3B(g)2C(g) ;H0若起始时,M、N 容积相同下列说法正确的是( ) A 起始时,分别向 M、N 两个容器中加入
13、1molA、1molC,达平衡时,容器 M、N 中物质 A 的体积分数 相同 B 起始时,分别向 M、N 两个容器中加入 1molA、3molB,达平衡时,容器 M 中物质 A 的转化率较大 C 起始时,分别向 M、N 两个容器中加入 2molC,容器 N 达到平衡所需的时间较短 D 起始时,分别向 M、N 两个容器中加入 1molA、3molB,达平衡时,容器 M 中气体的密度较大 2 (2008石家庄模拟)如图所示,甲容器容积固定不变,乙容器有可移动的活塞甲中充入 2mol SO2 和 1mol O2,乙中充入 2mol SO3和 1mol He,在恒定温度和催化剂条件下,甲、乙达到如下平
14、衡: 2SO3(g)2SO2(g)+O2(g) 根据活塞位置,下列有关说法正确的是( ) A若活塞固定在 3 处不动,达平衡时两容器中的压强相等 B若活塞固定在 3 处不动,达平衡时两容器中 SO3的浓度相等 C若活塞固定在 4 处不动,达平衡时两容器中 SO3的物质的量分数相等 D若活塞固定在 5 处不动,达平衡时乙容器中 SO2的物质的量较小 3相同温度下,体积均为 0.25 L 的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:X2(g)+3Y2(g)2XY3(g) ; H=92.6kJmol1,实验测得反应起始时、达到平衡状态时的有关数据如下表所示,不正确的是( ) 容器起始时各物质物质的量/mol平
15、衡时体系能量的变化 ,. 编号X2Y2XY3 130放热 Q1=23.15kJ 0.61.80.8Q2 A 达平衡时,两个容器中 XY3的物质的量浓度均为 2molL1 B容器、中反应的平衡常数相等 C 容器中反应达到平衡状态时放出 23.15 kJ 的热量 D若容器体积为 0.20L,则反应达到平衡状态时放出的热量大于 23.15kJ 4当温度不变的情况下,有反应:2A(g)+2B(g)C(g)+3D(g) ,H0现将 2mol A 和 2mol B 充入体积为 V 的甲容器,将 2mol C 和 6mol D 充入乙容器并使乙容器在反应开始前体积为 2V(如图 1) 关于两容器中反应的说法
16、正确的是( ) A甲容器中的反应先达到化学平衡状态 B两容器中的反应均达平衡时,平衡混合物中各组分的体积百分组成相同, 混合气体的平均相对分子质量也相同 C两容器达平衡后升高相同的温度,两容器中物质 D 的体积分数随温度变化 如图 2 所示 D在甲容器中再充入 2molA 和 2molB,平衡后甲容器中物质 C 的浓度是乙容 器中物质 C 的浓度的 3 倍 5已知 298K 时,N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=Q kJmol1在相同条件下,向密闭容器中加入 1molN2和 3molH2,达到平衡时生成 0.2molNH3放出的热量为 Q1 kJ,向另一容积相同的密闭容器中通入 0.9
17、5molN2、2.85molH2和 0.1molNH3,达到平衡时放出的热量为 Q2kJ,若向相同容积的另一密闭容器中 通入 2molNH3,达到平衡时吸收的热量为 Q3kJ则下列关系式正确的是( ) A QQ1Q2Q3B Q=Q1+Q3C QQ1+Q3D QQ3Q1Q2 6将 2molA 和 1molB 充入一个密闭容器中,在一定条件下发生:2A(g)+B(g)xC(g)达到平衡, 测得 C 的物质的量分数为 c%;若开始充入容器中的是 0.6molA,0.3molB 和 1.4molC,达平衡时 C 的物 质的量分数仍为 c%,则 x 的值可能为( ) A 2B 3C 4D 5 7在一个固
18、定容积的密闭容器中,加入 m mol A、n mol B,发生下列反应:mA(g)+nB(g)pC(g),平 衡时 C 的浓度是 w mol/L,若容器体积和温度不变,起始时放入 a mol A、b mol B、c mol C,若要平衡 后 C 的浓度仍为 w mol/L,则 a、b、c 应满足的关系是( ) ,. A a:b:c=m:n:pB a:b=m:n,+c= p C +a=m,+b=n D a= ,b= ,c= 8如图所示,某刚性容器内有一活塞和弹簧,B 为真空,A 内已充入 2molSO2和 1molO2,在一定条件 下发生可逆反应 2SO2+O22SO3;H=QkJ/mol, (
19、Q0)一段时间后活塞已保持静止,SO2的反应速率 为 0再往 A 内迅速充入 2molSO2和 1molO2,当活塞再次保持静止时,SO2的反应速率为 ,在此过 程中,下列说法正确的是( ) A活塞先上移,后上移到原静止位置,0 B活塞先下移,后上移但不到原静止位置,0 C活塞先下移,后上移到原静止位置,=0 D活塞先上移,后上移但不到原静止位置,=0 9如图,隔板 K 可左右移动,甲中充入 2mol A 和 1mol B,乙中充入 2mol C 和 1mol He,此时 K 停在 0 处发生反应 2A(g)+B(g)2C(g) ,达到平衡后,恢复至温度下列有关说法不正确的是( ) A达平衡后
20、,隔板 K 最终停留在左侧刻度 02 之间 B若平衡时 K 停留在左侧 1 处,则活塞停留在右侧 6 处 C达到平衡时,甲容器中 B 的物质的量小于于乙容器中 B 的物质的量 D根据隔板 K 滑动与否可判断左右两边的反应是否达到平衡 二解答题(共二解答题(共 3 小题)小题) 10向体积不变的密闭容器中充入 2mol N2和 6mol H2,一定条件下发生反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ,平衡时混合气共 7mol令 a、b、c 分别代表 N2、H2、NH3起始加入的物质的量,维持温度 不变,使达到平衡时各成分的百分含量不变则: (1)若 a=0,b=0,则 c= _ (2)若
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