高考必考点等效平衡

七等效平衡

1．等效平衡的含义

在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。

2．等效平衡的分类

根据反应条件(恒温、恒压或恒温、恒容)以及可逆反应的特点(反应前后气体分子数是否相等)，可将等效平衡问题分成两类：

(1)恒温、恒容条件下，反应前后气体分子数不相等的可逆反应，如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。这种等效平衡是全等平衡(包括浓度、密度、相对分子质量等都相等)。

(2)恒温、恒容条件下，反应前后气体分子数相等的可逆反应与恒温、恒压条件下，反应前后气体分子数任意类型的可逆反应，如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同，则建立的化学平衡是等效的。这种等效平衡是相似等效，各种物质的物质的量等存在倍数关系。

3．等效平衡分析方法

按照化学方程式的化学计量数关系，把起始物转化为方程式同一半边的物质，通过对比两种情况下对应组分的起始量是相等，还是等比，来判断化学平衡是否等效。

(1)对于恒温、恒容条件下，气体体积有变化的反应。

如：合成氨反应：N

2(g)＋3H

2

(g) 2NH

3

(g)，初始充入1molN

2

、3mol

H 2从正反应开始达平衡与初始充入2molNH

3

从逆反应开始达平衡，两者“投料量相同”属于等

效平衡。如果初始充入a molN

2、bmolH

2

、cmolNH

3

，则a＋c/2＝1且b＋3c/2＝3时，且a、b、

c均>0，与原平衡仍是等效平衡。

例1．将2molSO

2和2molSO

3

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 2SO

2+O

2

2SO

3

，平衡时，SO

3

为n mol，相同条件下，分别按下列配比放入起始物质，

平衡时SO

3

的量大于n mol的是（）

(A)2molSO

2+1molO

2

(B) 4molSO

2

+1molO

2

(C)2molSO

2+1molO

2

+2molSO

3

(D) 3 molSO

2

+1molO

2

+1molSO

3

解析：可将起始物2molSO

3转化为2molSO

2

+1molO

2

，则原平衡起始投料为4molSO

2

+1molO

2

，

显然，与选项B投料量相同，等效平衡。选项A起始投料SO

2减少2mol，则平衡左移，SO

3

的

量小于n mol；选项C中2mol SO

3转化为2molSO

2

+1molO

2

，则原平衡起始投料为4molSO

2

+2molO

2

，

O 2增加1mol，则平衡右移，SO

3

的量大于n mol；选项D中1 molSO

3

转化为1molSO

2

+0.5molO

2

，

则原平衡起始投料为4molSO

2+1.5molO

2

，则平衡右移，SO

3

的量大于n mol。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1 molCO和2molH

2O(g)，发生反应：CO＋H

2

O(g)CO

2

＋H

2

。

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、2molH

2O(g)、1molCO

2

、1molH

2

B．1molCO、1molH

2O(g)、1molCO

2

、1molH

2

C．0.5molCO、1.5molH

2O(g)、0.4molCO

2

、0.4molH

2

D．0.5molCO、1.5molH

2O(g)、0.5molCO

2

、0.5molH

2

解析：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＋3molH

2(g)、1 molCO＋2molH

2

O(g)，均与原平衡1∶

2投料比相同，等效；选项B逆推后为2molCO＋2

molH

2O(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＋1.9molH

2

O(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2 mol N

2和4 mol H

2

，发生如下反应：N

2

(g)＋

3H

2(g)2NH

3

(g) ΔH＝－92.4 kJ/mol，达到平衡时，体积为反应前的2/3。求：

①达到平衡时，N

2

的转化率为________。

②若向该容器中加入a molN

2

、b molH

2

、c molNH

3

，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2 molN

2和4 molH

2

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NH

3

的浓度：(1)________(2)(填“>”、“<”或“＝”)。

解析：①由反应： N

2(g)＋3H

2

(g)2NH

3

(g)

起始物质的量(mol) 2 4 0

转化物质的量(mol) x 3x 2x

平衡物质的量(mol) 2－x 4－3x 2x

平衡时体积为反应前的2/3，即(6－2x)/6=2/3，求得x＝1，则N

2

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c molNH

3

)，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NH

3

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=－Q kJ·mol－1(Q>O)。当反应达到平衡后，放出的热量

为Q

1

kJ。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Q

1

kJ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