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等效平衡讲义自编自用与幻灯片配合用
“等效平衡”讲义(自编自用)
(2008-9-26)
一、等效平衡概念:
要弄懂“等效平衡”,我们必须先明确一个概念,即“等效平衡”就是指达到了同一个平衡状态,而同一个平衡状态指的是各物质的含量前后相等。
二、等效平衡类型:
(一)恒温恒容时
情境1:
在500℃,101Kpa时,在1L已加入催化剂的密闭容器中,加入2molSO2、1molO2,容器内发生反应:
2SO2+O22SO3。
达到平衡时,测得容器中SO3的物质的量为1.8mol。
情境2:
在相同条件下,在相同容器中,加入2molSO3,达到平衡时,测得SO3的的物质的量也是1.8mol。
情境3:
在相同条件下,在相同容器中,加入1molSO2、0.5molO2和1molSO3,达到平衡时,测得SO3的物质的量仍然是1.8mol。
为什么在不同起始状态下,却可以得到同一个结果呢?
我们把以上三种情况用化学反应方程式表示如下:
2SO2+O22SO3
n始(mol)210
n平(mol)0.20.11.8
n%9.5%4.8%85.7%
n,始(mol)002
n,平(mol)0.20.11.8
n%9.5%4.8%85.7%
n”始(mol)10.51
n”平(mol)0.20.11.8
n%9.5%4.8%85.7%
通过以上例子,我们发现对于同一个可逆反应只要反应条件相同,无论从正反应开始。
还是从逆反应开始,或是从正反两边开始,最终达到的是同一个平衡状态。
所谓同一个平衡状态,就是每种物质的含量前后相同。
我们把这种平衡称为“等效平衡”。
为什么在相同条件下从不同方向进行的反应,最后会达到同一个平衡状态呢?
我们可以进行一下换算:
2SO2+O22SO3
n始(mol)210
n,始(mol)002
n,始(mol)210
把n,始的SO3的起始浓度运用“极限法”换算成反应物的起始浓度,发现与n始相同,也就是说,它们的起始状态其实是一样的,既然起始状态是一样的,那么就不难理解它们的平衡状态也是一样的了。
再来对n”始运用“极限法”进行换算,发现起始状态与n始也完全一样,所以平衡状态也肯定一样了。
基于以上事实,我们可以得出一个结论:
结论一:
在恒温恒容容器中,对于反应前后气体分子数不等的可逆反应,若各物质的起始浓度(包括换算以后)前后相同,则各物质的平衡浓度也肯定前后相同,各物质的含量肯定也前后相等。
即只要起始状态相同,则平衡状态肯定相同。
我们把这种平衡称为等效平衡中的全等平衡。
思考1:
能不能针对该反应另外举出几组数据,使之反应后SO3的物质的量仍然为1.8mol?
思考2:
在相同条件下,在相同容器中,加入amolSO2、bmolO2和cmolSO3,达到平衡时,测得SO3的物质的量仍然是1.8mol,则a、b、c应满足什么关系?
解题方法小结:
在一个恒温恒容的密闭容器中,对于反应前后气体分子数不等的可逆反应,判断不同的起始状态能否达到同一个平衡状态,方法是把不同的起始状态按极限法转换到同一边(一般是反应物一边),然后进行比较,若完全相同,则一定会达到同一个平衡状态(此时各物质的物质的量或浓度前后相等,各物质的含量也前后相等)。
例题1:
在一个体积固定的密闭容器中加入2molA和1molB,发生反应:
2A(g)+B(g)3C(g)+D(g),达到平衡时C的浓度为amol/L.若维持容器体积和温度不变,按下列四种配比作为起始物质,达到平衡后,C的浓度仍然为amol/L的是()
A4molA+2molBB1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD
C3molC+1molD+1molBD3molC+1molD
分析与解:
我们把起始条件和A、B、C、D四种情况同时列于反应方程式下面:
2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)
起始条件2100达到平衡时C的浓度为amol/L
A4200
B10.51.50.5
C0131
D0031
对A、B、C、D运用“极限法”转换后,发现,只有B、D中的起始物质浓度与起始条件相同,所以该题答案为B和D。
我们再来看一个例子:
情境1:
在一个固定体积(设为1L)的密闭容器中加入1mol的H2和1mol的I2,在一定温度下开始反应,我们可进行如下运算:
H2+I22HI
n始(mol)110
n转化(mol)aa2a
n平(mol)1-a1-a2a
n%a
情境2:
在相同容器中加入2mol的H2和2mol的I2,在一定温度下开始反应。
此时我们可以先假定我们把2mol的H2和2mol的I2放进的是两个与前等体积(即两个1L)的容器中,此时每个容器的平衡状态与情境1完全相同。
再压缩容器体积至与情境1完全相同,在压缩过程中,平衡不移动(想一想:
为什么?
),但是体积变为原来的1/2,则各物质的浓度变为原来的2倍。
因此我们可进行如下运算:
H2+I22HI
n,始(mol)220
n,转化(mol)2a2a4a
n,平(mol)2-2a2-2a4a
n%,a
情境3:
在相同容器中加入1molHI,在一定温度下开始反应。
此时我们可以先假定我们把1molHI放进的是一个1/2L的容器中(想一想:
为什么?
),此时容器的平衡状态与情境1完全相同。
再扩大容器体积至与情境1完全相同,在扩大过程中,平衡不移动(想一想:
为什么?
),但是体积变为原来的2倍,则各物质的浓度变为原来的1/2倍。
因此我们可进行如下运算:
H2+I22HI
n”始(mol)001
先转化成:
0
n”转化(mol)a
n”平(mol)a
n%,a
我们发现,情境1、2、3中各物质的含量前后是相同的。
也就是说,虽然三种情境下反应物起始浓度不相等(情境2中反应物起始浓度是情境1中反应物起始浓度的2倍,而情境3中反应物起始浓度是情境1中的1/2),但达到平衡时,各物质的物质的量分数(n%)却仍然前后相同,也就是说,它们也达到了同一个平衡状态,也是一种等效平衡。
基于以上事实,我们可以得出第二个结论:
结论二:
在恒温恒容容器中,对于反应前后气体分子数相等的可逆反应,只要各物质的起始浓度或者是物质的量(包括换算以后)之比前后相同,则达到平衡后各物质的含量前后是相等的,就是等效平衡。
思考1:
能不能针对该反应另外举出几组数据,使之反应达到平衡时各物质的含量仍然与前相同?
(如:
0.5molH2和0.5molI2;0.1molHI等等)
思考2:
在相同条件下,在相同容器中,加入amolH2、bmolI2和cmolHI,达到平衡时,测得各物质的含量仍然与前相同,则a、b、c应满足什么关系?
(a:
b=1:
1,c为任意值)。
解题方法小结:
在一个恒温恒容的密闭容器中,对于反应前后气体分子数相等的可逆反应,判断不同的起始状态能否达到同一个平衡状态,方法是把不同的起始状态按极限法转换到同一边(一般是反应物一边),然后进行比较,若比例相同,则一定会达到同一个平衡状态(此时各物质的物质的量或浓度前后不一定相等,但含量一定相等)。
例题2:
在一密闭容器中充入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%,若维持容器的容积和温度不变,按起始物质的量A为0.6mol、B为0.3mol、C为1.4mol充入容器,达到平衡后,C的体积分数仍为W%,则x的值是()
A只能为2B只能为3
C可能是2,也可能是3D无法确定
分析与解:
2A(g)+B(g)xC(g)
①(起始条件):
2mol1mol0mol达到平衡后C的体积分数为W%
②(改变条件):
0.6mol0.3mol1.4mol达到平衡后C的体积分数为W%
先考查x=2时的情况。
当x=2时,两边气体体积不相等,此时运用结论一:
把②运用“极限法”转换到反应物一边,发现与①的起始状态相同,则平衡状态也应该相同,即C的体积分数也为W%。
再考查x=3时的情况。
当x=3时,发现两边气体体积相等,此时运用结论二:
只要②中的A与B的物质的量之比与①中的A与B的物质的量之比相同(与C的量无关,即C的量可取任意值),就是一个等效平衡。
而0.6:
0.3(②中)=2:
1(①中),所以该平衡为等效平衡,即C的体积分数也为W%。
所以该题的正确答案是C。
相关练习:
一、选择题:
1、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,达到平衡时,SO3的物质的量为nmol,在相同温度下,按下列配比在该容器中放入起始物质,达到平衡时,SO3的物质的量将大于nmol的是()
A2molSO2+1molO2B2molSO2+1molO2+2molSO3
C4molSO2+1molO2D3molSO2+1molO2+1molSO3
2、在一个固定体积的密闭容器中,放入mmol的A和nmol的B,发生如下反应:
mA(g)+nB(g)pC(g),平衡时C的浓度是wmol·L-1,若维持容器的体积不变,起始时放入amolA、bmolB和cmolC,要使平衡时C的浓度仍为wmol·L-1,则a、b、c必须满足的条件是A.a:
b:
c=m:
n:
pB.a+b=m+n()
C.和D.a=,c=和c=
3、在一个体积恒定的密闭容器中,加入2molA和1molB,发生反应:
2A(气)+B(气)3C(气)+D(气),达平衡时,C的浓度为Wmol/l若维持容器体积和温度不变,按下列四种配比作为起始物质,达平衡后,C的浓度仍为Wmol/L的是A.4molA+2molBB.2molA+1molB+3molC+1molD()
C.3molC+1molB+1molBD.3molC+1molD
4、在一恒容的容器中充入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%。
若维持容器的容积和温度不变,按起始物质的量:
A为0.6mol,B为0.3mol,C为1.4mol充入容器,达到平衡后,C的体积分数仍为W%,则x的值为A.只能为2B.只能为3C.可能是2,也可能是3D.无法确定()
5、有一可逆反应:
2A(g)+3B(g)xC(g)+4D(g),若按下列两种配比,在同温、同体积的密闭容器中进行反应。
(1)0.8molA,1.2molB,1.2molC,2.4molD
(2)1.4molA,2.1molB,0.6molC,1.2molD
达到平衡后,C的质量分数相同,则x的值为()A.1B.2C.3D.4
6、恒温恒容时,下列情况属于等效平衡的是()
N2+3H22NH3
A2mol6mol0mol
B0mol0mol4mol
C0.5mol1.5mol1mol
D1mol3mol2mol
7、(07年四川理综)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()
A0.5molCO+2molH2O(g)+1molCO2+1molH2
B1molCO+1molH2O(g)
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