掌握规律 注重对比 透彻理解等效平衡

周塔芝

中图分类号:G632文献标识码:A文章编号:1673-0992(2009)12-314-01

一、等效平衡的概念

在一定条件下(定温定容或定温定压),对于同一可逆反应,不管从正反应开始,还是从逆反应开始,起始时加入物质的物质的量虽然不同,但达到平衡时,同种组分的百分含量均相同,这样的化学平衡称为等效平衡。

由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关。因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时各组分的含量完全相同,便形成等效平衡。

二、等效平衡规律

1.在定温定容条件下,对于反应前后气体分子数改变的可逆反应,只要加入物质的物质的量通过反应的化学计量数折算成同一边的物质,其物质的量与原反应起始量相同,则两平衡等效。(称为“等量才等效”)

例如:恒温恒容下的可逆反应

2 SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

①2mol 1mol 0

②0 0 2mol

③0.5mol0.25mol 1.5mol

④amol bmol cmol

上述①②③三种配比,按方程式的计量数之比转化为反应物,则SO2均为2mol,O2均为1mol,三者建立的平衡状态完全相同。而如果第④种配比满足,则达平衡时亦形成等效平衡。

练习: 在一定温度下,把4molA气体和5molB气体通入一固定容积的密闭的容器里,发生如下反应: 4A(g)+ 5B(g)

4C(g) + 6D(g)。当反应进行到一定程度时,反应混和物中各物质就处于化学平衡状态。现维持温度不变,令a、b、c、d分别代表初始加入的A、B、C、D的物质的量,如果a、b、c、d取不同的数值,它们必须满足一定关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中各物质的质量分数仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白:

(1)若a=0、b=0时,则c= 、d= 。

(2)若a=1,则b=、c= 、d= 。

(3)a、b、c、d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): 、 。

(答案:(1)4 6 (2)1.25 3 4.5(3)a+c=4b+c=5)

2.在定温定容条件下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要加入物质的物质的量通过反应的化学计量数折算成同一边的物质,其物质的量之比与原反应的各物质起始量之比相同,则两平衡等效。(称为“等比即等效”)

例如:恒温恒容下的可逆反应

H2(g) + I2(g) 2HI(g)

①2mol 1mol 0

②4mol 2mol 0

③3mol0 6mol

④amol bmol cmol

上述①②③三种配比,按方程中化学计量数之比转化为反应物,均满足n(H2)︰n(I2)=2︰1,故三者建立的平衡是等效的。而如果第④种配比满足,则达平衡时亦形成等效平衡。

练习:1.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的体积分数也为W%,则x的值为( )A.1B.2C.3 D.4

2.在一个固定容积的密闭容器中,保持一定温度,进行以下反应:

H2(g)+ Br2(g) 2HBr(g)。已知加入1molH2和2molBr2时,达到平衡后生成amolHBr(见下表“已知”项)。在相同条件下,保持平衡时各组分的体积分数不变。对下列编号①②③的状态,填写表中的空白。

答案:1.BC 2. ①0.5a ②0 0.5 ③2m-4n (m-n)a

比例式:得到x=2m-4n 代入 得到y=(m-n)a

3.在定温定压条件下,对任一可逆反应,只要加入物质的物质的量通过反应的化学计量数折算成同一边的物质,其物质的量之比与原反应的各物质起始量之比相同,则两平衡等效。(也称为“等比即等效”)

例如:恒温恒压下的可逆反应

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

①1mol 4mol 0

② 0 2mol4mol

③1.5mol 6.5mol1mol

④amol bmolcmol

上述①②③三种配比,按方程中化学计量数之比转化为反应物,均满足n(N2)︰n(H2)=1︰4,故三者建立的平衡是等效的,而如果第④种配比满足,则达平衡时亦形成等效平衡。

练习:恒温、恒压下,在一个可变容积的容器中发生如下发应:

A(气)+B(气)C(气)

(1)若开始时放入1molA和1molB,到达平衡后,生成a molC,这时A的物质的量为mol。

(2)若开始时放入3molA和3molB,到达平衡后,生成C的物质的量为 mol。

(3)若开始时放入x molA,2molB和1molC,到达平衡后,A和C的物质的量分别是ymol和3a mol,则x= mol,y= mol。

(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molC,待再次到达平衡后,C的物质的量分数是 。

(答案:(1)1-a(2)3a34.5(3)2 3(1-a) (4) )

三、三类等效平衡的比较

四、巩固练习

1.可逆反应A(g)+B(g)

2C(g)在固定容积的容器中进行,如果向容器中充入1mol A和1mol B,在某温度下达到平衡时,C的体积分数为m%;若向容器中充入1mol C,在同样的温度下达到平衡时,C的体积分数为n%,则m和n的关系正确的是( )

A.m>n B.m

2.体积相同的甲、乙两个容器中,分别充有等物质的量的SO2和O2,在相同温度下发生反应:2SO2+O22SO3并达到平衡。在这过程中,甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率为( )

A.等于p% B.大于p% C.小于p% D.无法判断

3.将2molSO2和2molSO3气体混合于容积一定的密闭容器中,在一定条件下发生反应:2SO2+O22SO3,达平衡时SO3为n mol。在相同温度下,按下列配比在该容器中放入起始物质,达平衡时,SO3的物质的量将大于n mol的是( )

A.2molSO2和1molO2B.2molSO2、1molO2和2molSO3

C.4molSO2和1molO2D.3molSO2、1molO2和1molSO3

4.将2molA和1molB充入某密闭容器中发生反应:2A(g)+B(g)xC(g),达到化学平衡后,C的体积分数为a。假设该反应的条件分别和下列各选项的条件相同,下列判断中正确的是()

A、若在恒温恒容下,当x=2时,将2molC作起始物质,达到平衡后C的体积分数仍为a。

B、若在恒温恒容下,当x=3时,将0.6molA、0.3molB、1.4molC作起始物质,达到平衡后C的体积分数仍为a。

C、若在恒温恒压下,当x=1时,按1.5molA、1molC作为起始物质,达到平衡后C的体积分数仍为a。

D、若在恒温恒压下,当x=3时,按1molA、1molB、6molC作为起始物质,达到平衡后C的体积分数仍为a。

(答案:1.C 2.B 3.BD 4.AB)