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- 2021-08-24 发布
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专题突破22 应用“等效平衡”判断平衡移动的结果
1.等效平衡的含义
在一定条件下(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,还是正、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.等效平衡的判断方法
(1)恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应
判断方法:极值等量即等效。
例如:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
① 2 mol 1 mol 0
② 0 0 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
④ a mol b mol c mol
上述①②③三种配比,按化学方程式的化学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。
④中a、b、c三者的关系满足:c+a=2,+b=1,即与上述平衡等效。
(2)恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应
判断方法:极值等比即等效。
例如:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
① 2 mol 3 mol 0
② 1 mol 3.5 mol 2 mol
③ a mol b mol c mol
按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物,则①②中=,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足:=,即与①②平衡等效。
(3)恒温条件下反应前后体积不变的反应
判断方法:无论是恒温恒容,还是恒温恒压,只要极值等比即等效,因为压强改变对该类反
应的化学平衡无影响。
例如:H2(g)+I2(g)2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0
② 2 mol 2 mol 1 mol
③ a mol b mol c mol
①②两种情况下,n(H2)∶n(I2)=1∶1,故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足∶=1∶1或a∶b=1∶1,c≥0,即与①②平衡等效。
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。
对于以下三个反应,从反应开始进行到达到平衡后,保持温度、体积不变,按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)
再充入PCl5(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,PCl5(g)的转化率________,PCl5(g)的百分含量______。
答案 正反应 减小 增大
(2)2HI(g)I2(g)+H2(g)
再充入HI(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,HI的分解率________,HI的百分含量________。
答案 正反应 不变 不变
(3)2NO2(g)N2O4(g)
再充入NO2(g),平衡向________方向移动,达到平衡后,NO2(g)的转化率________,NO2(g)
的百分含量________。
答案 正反应 增大 减小
每小题有一个或两个选项符合题意。
1.向一固定体积的密闭容器中通入a mol N2O4气体,在密闭容器内发生反应:N2O4(g)2NO2(g),达到平衡时再通入a mol N2O4气体,再次达到平衡时,与第一次达平衡时相比,N2O4的转化率( )
A.不变 B.增大
C.减小 D.无法判断
答案 C
解析 恒温恒容条件下,投料等比增加同增压,判断平衡(指的是新建立的与原平衡等效的过渡态平衡,而不是原平衡),增大压强平衡向左移,转化率降低。
2.已知H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH<0,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,在相同温度下分别达到平衡。现欲使甲中HI平衡时的百分含量大于乙中HI平衡时的百分含量,则应采取的措施是( )
A.甲、乙提高相同温度 B.甲中加入0.1 mol He,乙中不变
C.甲降低温度,乙增大压强 D.甲增加0.1 mol HI,乙增加0.1 mol H2
答案 CD
解析 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,此时甲和乙建立的平衡是等效的。A项,甲、乙提高相同温度,平衡均逆向移动,HI的平衡浓度均减小,错误;B项,甲中加入0.1 mol He,在定容密闭容器中,平衡不会移动,错误;C项,甲降低温度,平衡正向移动,甲中HI的平衡浓度增大,乙增大压强平衡不移动,HI平衡时的百分含量不变,正确。
3.一定条件下存在反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=-Q kJ·mol-1(Q>0),现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O,在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2,在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O,均在700 ℃条件下开始反应。达到平衡时,上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3,下列说法正确的是( )
A.2Q1=2Q2<Q3
B.容器Ⅰ中CO的百分含量比容器Ⅲ中CO的百分含量高
C.容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
D.容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
答案 C
解析 A项,容器中平衡建立的途径不相同,无法比较Q1、Q2的大小;C项,容器Ⅱ中所到达的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大;D项,温度相同时,容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1,容器Ⅱ中所达到的平衡状态,相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度,平衡向正反应方向移动,所以容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1。
4.一定温度下,在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)达到平衡,下列说法正确的是( )
容器
温度/K
物质的起始浓度/mol·L-1
物质的平衡浓度/mol·L-1
c(H2)
c(CO)
c(CH3OH)
[CH3OH]
Ⅰ
400
0.20
0.10
0
0.080
Ⅱ
400
0.40
0.20
0
Ⅲ
500
0
0
0.10
0.025
A. 该反应的正反应放热
B.达到平衡时,容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的大
C.达到平衡时,容器Ⅱ中[H2]大于容器Ⅲ中[H2]的两倍
D.达到平衡时,容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
答案 AD
解析 对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当,若温度相同,最终建立等效平衡,但Ⅲ温度高,平衡时[CH3OH]小,说明平衡向逆反应方向移动,即逆反应为吸热反应,正反应为放热反应,A正确;Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量,相当于加压,平衡正向移动,转化率提高,所以Ⅱ中转化率高,B错误;不考虑温度,Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍,相当于加压,平衡正向移动,所以Ⅱ中[H2]小于Ⅲ中[H2]的两倍,C错误;对比Ⅰ和Ⅲ,若温度相同,两者建立等效平衡,两容器中速率相等,但Ⅲ温度高,速率更快,D正确。