等效平衡的解说Word格式.docx
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等效平衡的解说Word格式.docx
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例1.将2molSO2和2molSO3气体混合于固定容积的密闭容器中,在一定条件下发生反应
2SO2+O2
2SO3,平衡时,SO3为nmol,相同条件下,分别按下列配比放入起始物质,平衡时SO3的量大于nmol的是(
)
(A)2molSO2+1molO2
(B)4molSO2+1molO2
(C)2molSO2+1molO2+2molSO3
(D)3molSO2+1molO2+1molSO3
解析:
可将起始物2molSO3转化为2molSO2+1molO2,则原平衡起始投料为4molSO2+1molO2,显然,与选项B投料量相同,等效平衡。
选项A起始投料SO2减少2mol,则平衡左移,SO3的量小于nmol;
选项C中2molSO3转化为2molSO2+
1molO2,则原平衡起始投料为4molSO2+2molO2,O2增加1mol,则平衡右移,SO3的量大于nmol;
选项D中1molSO3转化为1molSO2+0.5molO2,则原平衡起始投料为4molSO2+1.5molO2,则平衡右移,SO3的量大于nmol。
正确答案为C、D。
(2)对于恒温、恒容条件下气体体积不变的反应。
例2.向某密闭容器中充入1molCO和2molH2O(g),发生反应:
CO+H2O(g)
CO2+H2。
当反应达到平衡时,CO的体积分数为x。
若维持容器的体积和温度不变,起始物质按下列四种配比充入该容器中,达到平衡时CO的体积分数大于x的是( )
A.0.5molCO、2molH2O(g)、1molCO2、1molH2
B.1molCO、1molH2O(g)、1molCO2、1molH2
C.0.5molCO、1.5molH2O(g)、0.4molCO2、0.4molH2
D.0.5molCO、1.5molH2O(g)、0.5molCO2、0.5molH2
在等温等容且反应前后气体体积相等的可逆反应,只需“投料比相同”,则两平衡等效。
选项A、D逆推后分别为1.5molCO+3molH2(g)、1molCO+2molH2O(g),均与原平衡1∶2投料比相同,等效;
选项B逆推后为2molCO+2
molH2O(g),CO比例偏高,则平衡后CO体积分数也偏高;
选项C逆推后0.9molCO+1.9molH2O(g),CO比例偏低,则平衡后CO体积分数也偏低。
正确答案为B。
(3)对于恒压条件下,反应前后气体分子数任意类型的可逆反应。
例3.
(1)在某压强恒定的密闭容器中加入2molN2和4molH2,发生如下反应:
N2
(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol,达到平衡时,体积为反应前的2/3。
求:
①达到平衡时,N2的转化率为________。
②若向该容器中加入amolN2、bmolH2、cmolNH3,且a、b、c均>
0,在相同条件下达到平衡时,混合物中各组分的物质的量与上述平衡相同,试比较反应放出的热量:
①________②(填“>
”、“<
”或“=”)。
(2)若将2molN2和4molH2放入起始体积相同的恒容容器中,在与
(1)相同的温度下达到平衡,试比较平衡时NH3的浓度:
(1)________
(2)(填“>
①由反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
起始物质的量(mol)
2 4
转化物质的量(mol)
x
3x
2x
平衡物质的量(mol)
2-x 4-3x
平衡时体积为反应前的2/3,即(6-2x)/6=2/3,求得x=1,则N2的转化率为50%。
因为正反应是放热反应,即生成氨气时放热,虽然①与②平衡时是等效平衡,但由于①生成氨气的量大于②反应生成的氨气量(②原已有cmolNH3),故放出的热量是①>
②。
因为
(1)是恒温恒压,
(2)是恒温恒容,可以假设先让
(1)也保持恒温恒容,则此时与
(2)平衡相同,再让其恢复恒压,则容器的活塞位置会改变,相当于加压,则化学平衡又向正反应方向移动,即NH3的浓度增大,即
(1)>
(2)。
正确答案为
(1)①50% ②>
(2)>
。
4.等效平衡训练(以下试题容易误答,请细心)
练习1.在T℃条件下,向lL固定体积的密闭容器M中加入2molX和lmolY,发生如下反应:
2X(g)+Y(g)
aZ(g)+W(g)
△H=-QkJ·
mol-1(Q>
O)。
当反应达到平衡后,放出的热量为Q1kJ。
若平衡后再升高温度,混合气体的平均相对分子质量减小。
维持温度T℃不变,若起始时向容器M中加入物质的物质的量如下,则反应达到平衡后放出的热量仍为Q1kJ的是(
)
A.2molX、1molY、1molAr
B.amolZ、1molW
C.lmolX、0.5molY、0.5amolZ、0.5molW
D.2molX、1molY、1molZ
提示:
升高温度,平衡左移,混合气体的平均相对分子质量减小,知混合气体总物质的量应增大,故有2+1﹥a+1,a只能是1。
选项A稀有气体不参与反应,属于恒温、恒容下投料量相同的等效平衡。
选项B、C均有Z参与,虽转化为起始投料与原平衡投料量相同,但与原平衡相比生成Z的量要少,放出热量也少,热量不相等,不合题意,易误选请注意。
答案:
A。
练习2.在体积恒定的密闭容器中,充入3molA和1molB发生反应3A(g)+B(g)
xC(g),达到平衡后,C在平衡混合气中的体积分数为φ。
若维持温度不变,按1.2molA、0.4molB、0.6molC为起始物质。
(1)若达到平衡后C的体积分数仍为φ,则x值是_____(填序号,下同);
A.1
B.2
C.3
D.4
(2)若达到平衡后压强不变,C的体积分数仍为φ,则x值是_____。
第
(1)问属于等效平衡,若满足“投料量相同”时,x=1;
若满足“投料比相同”时,x=4。
第
(2)不仅要满足达到平衡时φ相等且压强不变,压强不变即物质的量不变,因此属于投料量相同的绝对等效平衡,1.2mol+0.6mol
×
3/x=3mol,或0.4mol+0.6mol×
1/x=3mol,解得x=1。
(1)A、D
(2)A。
练习3.已知:
T℃时,2H(g)+Y(g)
2I(g)
△H=196.6kJ·
mol-1。
T℃时,在一压强恒定的密闭容器中,加入4molH和2molY,反应达到平衡后,放出354kJ的热量。
若在上面的平衡体系中,再加入1molI气体,T℃时达到新的平衡,此时气体H的物质的量为(
A.0.8mol
B.0.6mol
C.0.5mol
D.0.2mol
由题设焓变199.6kJ·
mol-1和放出热量354kJ可求得3.6molH参加反应,转化率为90%,再加入1molI气体,即相当于再加入1molH和0.5molY,属等效平衡,转化率不变,故平衡时n(H)=(4+1)mol×
(1-90%)=0.5mol。
C。
练习4.某温度下,在容积可变的密闭容器中,反应2A(g)+B(g)
2C(g)达到平衡时,A、B、C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。
保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整,A的转化率降低的是(
A.均加倍
B.均减半
C.均增加1mol
D.均减少1mol
三者物质的量均加倍或均减半时,满足“投料比相同”,等效平衡,平衡不移动,A的转化率保持不变;
均增加1mol后,A、B、C的物质的量分别变成5mol、3mol、5mol,若假设起始时A、B、C充入容器的量分别为5mol、2.5mol和5mol,与原平衡等效,后再加入0.5molB,平衡正向移动,所以A的转化率升高;
同样均减少1mol先假设向容器中充入的量分别为3mol、1.5mol
和3mol,达平衡后从体系中分离出0.5molB,平衡逆向移动,A的转化率降低。
D。
练习5.(2010江苏卷14)在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下(已知N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
△H=-92.4kJ·
mol-1)
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1molN2、3molH2
2molNH3
4molNH3
NH3浓度(mol·
L-1)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出akJ
吸收bkJ
吸收ckJ
体系压强(Pa)
P1
P2
P3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是(
A.2c1﹥c3
B.a+b=92.4
C.2P1﹤P3
D.α1+α3
﹤1
甲、乙“投料量相同”的等效平衡,丙若在恒温恒压时,则是相当于两份乙的等效平衡,但由于恒温、恒容,丙中NH3的转化率小于乙。
选项A,甲、丙起始浓度不同,转化率也不同,平衡时NH3的浓度关系为2c1﹤c3。
选项B,甲、乙为等同平衡,不同的是反应的起始方向不同,在此过程中乙吸收的热量相当于甲完全转化需再放出的热量,故a+b=92.4。
选项C,丙的转化率小于乙,甲、乙等效,故2P1﹥P3。
选项D,α1+α2
=1,而α2﹥α3,所以α1+α3﹤1。
B、D。
练习6.在恒温恒容的三个密闭容器里,分别进行以下三个反应:
PCl5(g)
PCl3(g)+Cl2(g),2HI(g)
H2(g)+I2(g),2NO2(g)
N2O4(g),三个反应达平衡后,又分别充入PCl5、HI、NO2、N2O4平衡移动与转化率变化如何?
只有一种反应物或生成物的平衡,又加入该物质时,分析平衡移动方向依据浓度变化,比较转化率时将浓度的变化转化为压强的变化能使思路清晰,即加入一个等效平衡后,利用最终平衡结果分析转化率的变化。
分别充入PCl5、HI、NO2时,平衡移向均为正向移动;
充入N2O4时,平衡移向为逆向。
充入PCl5后相当于压强增大,使平衡左移达新平衡,PCl5转化率减小;
充入HI后,HI转化率不变;
充入NO2与充入N2O4后,相当于压强增大,使平衡右移达新平衡,NO2
转化率均增大,N2O4转化率均减小。
小结:
解答有关等效平衡问题首先应弄清楚外界条件,是恒温恒容还是恒温恒压,然后再利用有关结论。
解答有关这类问题关键在于根据题目的条件建立等效平衡模型,利用等效假设进行有关问题的分析(如转化率、压强、平均相对分子质量等)。
2011年12月2日夜教后小结
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