等效平衡的理解和应用

等效平衡的理解和应用

武威铁路中学曹世邦（733009）

等效平衡问题是高考的难点，也是学生学习过程中比较棘手的问题，现就等效平衡怎样理解和应用，将自己的观点与大家商榷如下：

一、等效平衡的理解

1．定义：

对于同一可逆反应,在相同的条件下，不同的起始状态,达到平衡时,体系中同种物质的物质的量分数(或体积分数)相同（物质的量之比相等）；也可以是两个平衡状态效果相当，其中转化率、百分含量的值相等的平衡互称为等效平衡。也就是说等效平衡是指在一定条件下的可逆反应里，起始投料不同，但建立的两个或多个化学平衡中，反应混合物各组分的含量都相同，这样的化学平衡均属于等效平衡（包括等同平衡），等效平衡正是化学平衡等效性的推广和应用。

2、规律

⑴对于反应前后气体物质的量不等的反应

A、定温、定容时.,改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡方程式左右两边同一物质的物质的量与原平衡相等就可以建立等效平衡。

B.定温、定压时,改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡方程式左右两边同一物质的物质的量之比与原平衡相等就可以建立等效平衡。

⑵对于反应前后气体物质的量相等的反应

不论定温、定容时还是定温、定压时,改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡方程式左右两边同一物质的物质的量之比

．．就可以建立

．．与原平衡相等

等效平衡。

3、等效平衡的建立

一般通过建立假想平衡状态去比较分析新旧平衡,以下例来说明：在一密闭

容器中充入1molNO 2建立如下平衡:2NO 2≒N 2O 4,测得NO 2的转化率为a%。容积和温

度不变的条件下再充入1molNO 2,待新平衡建立时,又测得NO 2的转化率为b%则a 、

b 的大小关系为

解此类题一般建立如下思维模型：

212%

)%)%22P T V P T V P I a NO a a b molNO ===−−−→−−−→←−−−22、、、、、T 、V 等效压缩平衡：（）平衡II:a(NO 平衡III:a(NO 22起始1molNO 起始起始2molNO Ⅰ Ⅱ Ⅲ

由于压缩,平衡Ⅱ向右移动达到平衡Ⅲ时转化率增大,必有a 1%

同条件下平衡Ⅰ与平衡Ⅱ等效,即转化率相等a 1%=a%,所以a%

二、等效平衡的应用

根据反应条件(定温、定压或定温、定容)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三类：

⑴、定温、定容条件下的等效平衡

解题要领：定温、定容条件下，反应前后气体分子数不相等的可逆反应，此种条件下，只要改变起始加入物质的物质的量，若通过可逆反应的化学计量数之比换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效(此种情况下又称等同平衡，此法又称极限法)；定温、定容条件下，反应前后气体分子数相等的可逆反应；此条件下，只要换算到同一半边时，反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡相等，则两平衡等效。

例1：在一个固定容积的密闭容器中加入2molA 和1molB ，发生如下的反应：2A(g)+B(g)≒3C(g)+D(g)，达到平衡时，C 的浓度为wmol/L 。若维持容器的容积和温度不变，按下列情况配比为开始浓度，达到平衡后C 的浓度仍为wmol/L 的是（ ）

A 、4molA+2molB

B、2molA+1molB+3molC+1molD

C、3molC+1molD

D、1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD

解析：这是一道关于等同平衡的题，常用极端假设法分析。将“3molC+

1molD”转化为“2molA+1molB”将1.5molC+0.5molD”转化为“1molA+

0.5molB”。则B组起始状态相当于4molA+2molB”，C组起始状态相当于

“2molA+1molB”。显然，A、B组的起始量与“2molA+1molB”的起始量不同，均不能达到与其相同的平衡状态，而C、D组的起始量与“2molA+ 1molB”的起始量相同，能达到与其相同的平衡状态。故正确答案为C、D。

例2：在等温、等容条件下有下列反应：2A(g)+2B(g)≒C(g)+3D(g)。现分别从两条途径建立平衡：Ⅰ、A和B的起始浓度均为2mol/L；Ⅱ、C和D的起始浓度分别为2mol/L和6mol/L。下列叙述正确的是（）

A、Ⅰ和Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的体积分数相同

B、Ⅰ和Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的体积分数不同

C、达平衡时，Ⅰ途径的反应速率uA等于Ⅱ途径的反应速率uB

D、达平衡时，Ⅰ途径混合气体密度为Ⅱ途径混合气体密度的1/2

解析：该可逆反应反应前后气体分子数不变，Ⅰ和Ⅱ两途径的起始加入量的比均等于反应方程式中相应物质的化学计量数比，因此Ⅰ和Ⅱ两途径在相同条件下达到的平衡是等效平衡。也可用极端假设法“2mol/LC+ 6mol/LD”可转化为“4mol/LA+4mol/LB”，Ⅱ途径的平衡可认为是两个Ⅰ途径的反应达平衡后合并，体积再压缩一半而得到。因为反应前后气体体积不变，则平衡状态不发生移动，任何相同组分的体积分数不变，但各组分的浓度是Ⅰ途径平衡时的2倍，反应速率增大。故正确答案为A、D。

⑵、定温、定压条件下的等效平衡

解题要领：定温、定压条件下，反应前后气体分子数任意型的可逆反应，此条件下，只要按化学计量数换算到同一半边后，各物质的量之比与原平衡相等，则两平衡等效。

例3：在恒温恒压条件下，向可变的密闭容器中充入3LA和2LB发生如下反应3A（g）+2B（g）≒xC（g）+yD（g）,达到平衡时C的体积分数为m%。若维持温度不变，将0.6LA、0.4LB、4LC、0.8LD作为起始物质充入密闭容器中，达到平衡时C的体积分数仍为m%。则x、y的值分别为（）

A、x=3、y=1

B、x=4、y=1

C、x=5、y=1

D、x=2、y=3

解析：该反应起始反应物的量比0.6:0.4=3:2符合化学方程式中反应物的系数比,若4LC、0.8LD恰好完全转化成A、B时，必须x:y=5:1，但此时x+y≠2+3，故在恒温恒压条件下,符合x:y=5:1的所有x、y的值不符合题意。若4LC、0.8LD 不能恰好完全转化成A、B时，则不能达到与开始时等效的平衡状态。当x=5、y=1时，用极端假设法“4LC、0.8LD”可转化为“2.4LA、1.6LB”，反应物的起始量相当于“3LA、2LB”,与原起始量相同，能达到与开始时相同的平衡状态，故正确答案为C。

⑶、定温、不定压、不定容条件下的等效平衡

例4：在一定温度下,将2molHI气体充入一容积可变的密闭容器中发生反应

2HI(g)≒H2(g)+I2(g),反应达平衡后,H2的体积分数为m%。若其他条件不变,容器的容积变为原来的一半,平衡时H2的体积分数为

解析：容器的容积变为原来的一半,体系的压强变为原来的2倍，由于反应前后气体体积不变，所以平衡不移动，H2的体积分数仍为m%，各物质的浓度均为原来的2倍，反应速率加快。

例5：如图所示，向A中充入1mol X和1mol Y，向B中充入2mol X和2mol