化学平衡及等效平衡

化学平衡
1可逆反应
(1)定义
在条件下既可以向正反应方向进行，同时又可以向逆反应方向进行的化学反应。

(2)特点：三同一小。

①三同：a.相同条件下；b.正逆反应同时进行；c.反应物与生成物同时存在。

②一小：任一组分的转化率都100%。

(3)表示方法：在化学方程式中用“”表示。

2化学平衡状态
(1)定义
一定条件下的可逆反应，当反应进行到一定程度时，正反应速率和逆反应速率，反应物的浓度和生成物的浓度，我们称之为“化学平衡状态”，简称化学平衡。

(2)特征
①“逆”指化学平衡研究的对象是。

②“动”指化学平衡是一种，反应达到平衡状态时，反应并没有停止。

③“等”指和相等，都大于零。

④“定”指平衡体系混合物中，一定，不再随时间改变而改变。

⑤“变”指当改变时，原平衡被破坏，会使，在新条件下建立新的平衡。

3化学平衡的移动
(1)定义
可逆反应达到平衡状态以后，若反应条件(或、、等)发生了变化，平衡混合物中各组分的浓度也会随之，从而在一段时间后达到。

这种由向的变化过程，叫做化学平衡的移动。

(2)化学平衡移动原理(勒夏特列原理)
①概念
如果改变影响化学平衡的条件(浓度、压强、温度等)之一，平衡将向着的方向移动。

②具体内容
若其他条件不变，改变下列条件对平衡的影响如下：
学霸巧学卡(1)改变固体或纯液体的量，对平衡无影响。

(2)当反应混合物中不存在气态物质时，压强的改变对平衡无影响。

(3)对于反应前后气体体积无变化的反应，如H 2(g)＋I 2(g)⇌2HI(g)，压强的改变对平衡无影响。

但增大(或减小)压强会使各物质的浓度增大(或减小)，混合气体的颜色变深(或浅)。

(4)“惰性气体”对化学平衡的影响 ①恒温、恒容条件
原平衡体系――→充入惰性气体体系总压强增大―→体系中各组分的浓度不变―→平衡不移动。

②恒温、恒压条件
(5)恒容时，同等程度地改变反应混合物中各物质的浓度时，应视为压强的影响，增大(减小)浓度相当于增大(减小)压强。

(6)在恒容容器中，当改变其中一种气态物质的浓度时，必然会引起压强的改变，在判断平衡移动的方向和物质的转化率、体积分数变化时，应灵活分析浓度和压强对化学平衡的影响。

1.思维辨析
(1)增大任何一种反应物的量，化学平衡一定正向移动。

( ) (2)改变化学反应速率，化学平衡一定会发生移动。

( )
(3)对一个可逆反应而言，改变温度，化学平衡一定会发生移动。

( )
(4)其他条件不变，增大体系的压强，对一个有气体参与的可逆反应而言，平衡一定会发生移动。

( )
(5)不论恒温恒容，还是恒温恒压容器，加入稀有气体，平衡皆发生移动。

( ) (6)起始加入原料的物质的量相等，则各种原料的转化率一定相等。

( ) (7)通过改变一个条件使某反应向正反应方向移动，转化率一定增大。

( )
2．将NO2装入带有活塞的密闭容器中，当反应2NO2(g)⇌N2O4(g)达到平衡后，改变某个条件，下列叙述正确的是()
A．升高温度，气体颜色加深，则正反应为吸热反应
B．慢慢压缩气体体积，平衡向正反应方向移动，混合气体的颜色变浅
C．慢慢压缩气体体积，若体积减小一半，压强增大，但小于原来压强的两倍
D．恒温恒容时，充入惰性气体，压强增大，平衡向正反应方向移动，混合气体的颜色变浅
[考法综述]化学平衡是中学化学重要理论之一，考查内容主要集中在平衡状态的
判断；应用平衡移动原理判断平衡移动的方向以及由此引起的反应物的转化率、各组成成分的百分含量、气体的体积、压强、密度、混合气体的平均相对分子质量等变化。

考查方式多配图表，非选择题部分常结合化工生产形式出现，综合性较强，属偏难题。

命题法1化学平衡状态的判断
典例1将一定量纯净的氨基甲酸铵置于密闭真空恒容容器中(固体试样体积忽略不计)，在恒定温度下使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)⇌2NH3(g)＋CO2(g)。

判断该分解反应已经达到化学平衡的是()
A．2v(NH3)＝v(CO2)
B．密闭容器中c(NH3)∶c(CO2)＝2∶1
C．密闭容器中混合气体的密度不变
D．密闭容器中氨气的体积分数不变
【解题法】化学平衡状态常用的判断方法
练习
1.在两个密闭容器中进行下列两个可逆反应：(甲)2NO(g)＋O2(g) ⇌ 2NO2(g)；(乙)H2(g)＋I2(g) ⇌ 2HI(g)。

现有下列状态：
①反应物的消耗速率与生成速率相等；②反应物的消耗速率与生成物的消耗速率之比等于化学计量数之比；③各物质浓度之比等于化学计量数之比；④恒温恒容条件下，混合气体的压强不再改变；⑤恒温恒压条件下，混合气体的体积不再改变；⑥恒温恒容条件下，气体的密度不再改变；⑦混合气体的平均相对分子质量不再改变；⑧反应物的转化率不再改变；⑨生成物的百分含量不再改变；⑩恒温恒压或恒温恒容条件下，混合气体的颜色不再改变；⑪恒容绝热条件下，体系温度不再改变
其中，能表明(甲)达到化学平衡状态的是___________________。

能表明(乙)达到化学平衡状态的是_____________________。

命题法2化学平衡常数及转化率的相关应用
典例2在10 L恒容密闭容器中充入X(g)和Y(g)，发生反应X(g)＋Y(g)⇌M(g)＋N(g)，所得实验数据如下表：
A ．实验①中，若5 min 时测得n (M)＝0.050 mol ，则0至5 min 时间内，用N 表示的平均反应速率v (N)＝1.0×10－2mol/(L·min)
B ．实验②中，该反应的平衡常数K ＝2.0
C ．实验③中，达到平衡时，X 的转化率为60%
D ．实验④中，达到平衡时，b >0.060
【解题法】 化学平衡常数和转化率的应用总结 (1)化学平衡常数的应用 ①判断平衡移动的方向
对于可逆反应：m A(g)＋n B(g)⇌p C(g)＋q D(g)，在任意状态下，生成物的浓度和反应物的浓度之间的关系用浓度商Q c ＝c p (C
)·c q (D )c m (A )·c n (B )
表示，则：
Q c
⎩⎨⎧
<K 反应向正反应方向进行，v 正
>v
逆
＝K 反应处于化学平衡状态，v 正＝v 逆
>K 反应向逆反应方向进行，v 正<v
逆
②判断反应进行的程度
升高温度，若K 值增大，则正反应为吸热反应；若K 值减小，则正反应为放热反应。

④计算平衡体系中的相关“量”
根据相同温度下，同一反应的平衡常数不变，计算反应物或生成物的浓度、转化率等。

⑤书写化学平衡表达式
不能把反应体系中固体、纯液体及稀溶液中水的浓度写入平衡常数表达式中。

但非水溶液中发生的反应，若有水参加或生成，则此时水的浓度不可视为常数，应写入平衡常数表达式中。

如C 2H 5OH(l)＋CH 3COOH(l)⇌CH 3COOC 2H 5(l)＋H 2O(l) K ＝c (CH 3COOC 2H 5)·c (H 2O )c (C 2H 5OH )·c (CH 3COOH )
⑥推导平衡常数间的关系
对于同一可逆反应，正反应的平衡常数等于逆反应的平衡常数的倒数，即：K 正＝
1
K 逆
；若化学方程式中的化学计量数等倍扩大n 倍，则K 2＝K n 1；若化学计量数等倍缩小n 倍，则K 2＝n
K 1；运用盖斯定律，若方程式相加，则K 相乘，若方程式相减，则K 相除。

(2)转化率的分析与判断
①反应a A(g)＋b B(g)⇌c C(g)＋d D(g)的转化率分析
a ．若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。

b ．若只增加A 的量，平衡正向移动，B 的转化率提高，A 的转化率降低。

c ．若按原比例同倍数地增加(或降低)A 、B 的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与其化学计量数有关。

同倍增大
c (A )和c (B )
⎩⎨⎧
a ＋
b ＝
c ＋
d A 、B 的转化率不变
a ＋
b >
c ＋
d A 、B 的转化率增大a ＋b <c ＋d A 、B 的转化率减小
②反应m A(g) n B(g)＋q C(g)的转化率分析
在T 、V 不变时，增加A 的量，等效于压缩容器体积，A 的转化率与化学计量数有关。

增大c (A)⎩⎨⎧
m ＝n ＋q A 的转化率不变m >n ＋q A 的转化率增大
m <n ＋q A 的转化率减小
练习：
1．[2016·长郡中学测试]已知在25 ℃时，下列反应的平衡常数如下： ①N 2(g)＋O 2(g) ⇌ 2NO(g) K 1＝1×10－30 ②2H 2(g)＋O 2(g) ⇌ 2H 2O(g) K 2＝2×1081 ③2CO 2(g) ⇌ 2CO(g)＋O 2(g) K 3＝4×10－92 下列说法正确的是( )
A ．NO 分解反应：NO(g) ⇌ 12N 2(g)＋1
2
O 2(g)的平衡常数为1×10－30
B ．根据K 2的值可以判断常温下H 2和O 2很容易反应生成H 2O
C ．常温下，NO 、H 2O 、CO 2三种物质分解放出O 2的倾向顺序为NO>H 2O>CO 2
D ．温度升高，上述三个反应的平衡常数均增大
2．一定量的CO 2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C(s)＋CO 2(g)⇌2CO(g)，平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。

已知：气体分压(p 分)＝气体总压(p 总)×体积分数。

下列说法正确的是( )
A．550 ℃时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，平衡不移动
B．650 ℃时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0%
C．T℃时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动
D．925 ℃时，用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数K p＝24.0p总
3．某温度下，在2 L的密闭容器中，加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应：X(g)＋m Y(g)⇌3Z(g)，平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。

在此平衡体系中加入1 mol Z(g)，再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。

下列叙述不正确的是() A．m＝2
B．两次平衡的平衡常数相同
C．X与Y的平衡转化率之比为1∶1
D．第二次平衡时，Z的浓度为0.4 mol·L－1
4．已知，相关数据见下表：
根据以上信息判断，下列结论错误的是()
A．a>b
B．增大压强，平衡状态Ⅱ不移动
C．升高温度平衡状态Ⅲ向正反应方向移动
D．反应Ⅱ、Ⅲ均为放热反应
命题法3 等效平衡的应用
典例3 (双选)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N 2(g)＋3H 2(g)⇌2NH 3(g) ΔH ＝－92.4 kJ·mol －
1]：
A ．2c 1>c 3
B ．a ＋b ＝92.4
C ．2p 2<p 3
D ．α1＋α3<1
【解题法】 “等效平衡”解题策略 (1)等效平衡的类型及特点
①构建等温等容平衡思维模式
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。

②构建等温等压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)
新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。

练习：
1．某温度下，向4.0 L恒容密闭容器中充入2.0 mol PCl5，反应PCl5(g)⇌PCl3(g)＋Cl2(g)经一段时间后达到平衡。

反应过程中测定的部分数据见下表：
A．反应在前50 s的平均反应速率为v(PCl3)＝0.0064 mol/(L·s)
B．若保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(PCl3)＝0.11 mol/L，则反应的ΔH<0 C．相同温度下，起始时向该容器中充入4.0 mol PCl3、4.0 mol Cl2，达到平衡时，PCl3的转化率小于80%
D．相同温度下，起始时向该容器中充入2.0 mol PCl5、0.40 mol PCl3和0.40 mol Cl2，达到平衡前v(正)>v(逆)
2．如图所示，甲容器容积固定不变，乙容器有可移动的活塞。

甲中充入2 mol SO2和1 mol O2，乙中充入4 mol SO3和1 mol He，在恒定温度和相同的催化剂条件下，发生如下反应：2SO3(g) ⇌ 2SO2(g)＋O2(g)。

下列有关说法正确的是 ( )
A．若活塞固定在6处不动，达平衡时甲、乙两容器中的压强：p乙＝p甲
B．若活塞固定在3处不动，达平衡时甲、乙两容器中SO3的浓度：c(SO3)乙>2c(SO3)甲C．若活塞固定在3处不动，达平衡时甲、乙两容器中SO2的体积分数：φ(SO2)乙>2φ(SO2)甲
D．若活塞固定在7处不动，达平衡时两容器中SO3的物质的量分数相等3．[2016·江苏高考](双选)一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反
应2H2(g)＋CO(g) ⇌ CH3OH(g)达到平衡。

下列说法正确的是( )
A．该反应的正反应放热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
4．甲、乙、丙三个容器中最初存在的物质及数量如图所示，三个容器最初的容积相等，温度相同，反应中甲、丙的容积不变，乙中的压强不变，在一定温度下反应达到平衡。

下列说法正确的是( )
A．平衡时各容器内c(NO2)的大小顺序为乙>甲>丙
B．平衡时N2O4的百分含量：乙>甲＝丙
C．平衡时甲中NO2与丙中N2O4的转化率不可能相同
D．平衡时混合物的平均相对分子质量：甲>乙>丙
命题法4化学反应进行的方向的判断
典例4已知：(NH4)2CO3(s)===NH4HCO3(s)＋NH3(g)ΔH＝＋74.9 kJ·mol－l。

下列说法中正确的是()
A．该反应中熵变小于0，焓变大于0
B．该反应是吸热反应，因此一定不能自发进行
C．碳酸盐分解反应中熵增加，因此任何条件下所有碳酸盐分解一定自发进行
D．判断反应能否自发进行需要根据ΔH与ΔS综合考虑
【解题法】化学反应进行方向的判据
在温度、压强一定的条件下，化学反应进行的方向是反应的焓变和熵变共同影响的结果，因此，把焓变和熵变判据结合起来组成的复合判据即自由能变化ΔG，更适合于所有过程的判断。

ΔG＝ΔH－TΔS(T为开尔文温度)，ΔG的正、负决定着反应的自发与否。

练习：
1．下列反应在任何温度下都不能自发进行的是( )；在任何温度下都能自发进行的是( )；在高温下能自发进行的是( )；在低温下能自发进行的是( )。

A．2HgO(s)===2Hg(l)＋O2(g) ΔH＝＋182 kJ/mol
B．2Ag(s)＋Cl2(g)===2AgCl(s) ΔH＝－254 kJ/mol
C．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝＋163 kJ/mol
D．2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g) ΔH＝－196 kJ/mol
2．下列说法正确的是( )
A．凡是放热反应都是自发的，因为吸热反应都是非自发的
B．自发反应的熵一定增大，非自发反应的熵一定减小
C．常温下，反应C(s)＋CO2(g) ⇌ 2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0
D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0
1．羰基硫(COS)可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。

在恒容密闭容器中，将CO和H2S混合加热并达到下列平衡：CO(g)＋H2S(g)⇌COS(g)＋H2(g) K＝0.1
反应前CO物质的量为10 mol，平衡后CO物质的量为8 mol。

下列说法正确的是() A．升高温度，H2S浓度增加，表明该反应是吸热反应
B．通入CO后，正反应速率逐渐增大
C．反应前H2S物质的量为7 mol
D．CO的平衡转化率为80%
2．汽车尾气中NO产生的反应为N2(g)＋O2(g)⇌2NO(g)。

一定条件下，等物质的量的N2(g)和O2(g)在恒容密闭容器中反应，如图曲线a表示该反应在温度T下N2的浓度随时间的变化，曲线b表示该反应在某一起始反应条件改变时N2的浓度随时间的变化。

下列叙述正确的是()
A ．温度T 下，该反应的平衡常数K ＝4(c 0－c 1)2
c 2
1
B ．温度T 下，随着反应的进行，混合气体的密度减小
C ．曲线b 对应的条件改变可能是加入了催化剂
D ．若曲线b 对应的条件改变是温度，可判断该反应的ΔH <0
3．一定条件下，通过下列反应可以制备特种陶瓷的原料MgO ： MgSO 4(s)＋CO(g)⇌MgO(s)＋CO 2(g)＋SO 2(g) ΔH >0
该反应在恒容的密闭容器中达到平衡后，若仅改变上图中横坐标x 的值，重新达到平衡后，纵坐标y 随x 的变化趋势合理的是( )
4．反应X(g)＋Y(g)⇌2Z(g) ΔH <0，达到平衡时，下列说法正确的是( ) A ．减小容器体积，平衡向右移动 B ．加入催化剂，Z 的产率增大 C ．增大c (X)，X 的转化率增大 D ．降低温度，Y 的转化率增大
5．(双选)一定条件下存在反应：CO(g)＋H 2O(g)⇌CO 2(g)＋H 2(g)，其正反应放热。

现有三个相同的2 L 恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 mol CO 和1 mol H 2O ，在Ⅱ中充入1 mol CO 2和1 mol H 2，在Ⅲ中充入2 mol CO 和2
molH2O,700 ℃条件下开始反应。

达到平衡时，下列说法正确的是()
A．容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同
B．容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同
C．容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1
6．某恒定温度下，在一个2 L的密闭容器中充入A气体，B气体，测得其浓度为2 mol/L 和 1 mol/L；且发生如下反应：
3A(g)＋2B(g)⇌4C(？)＋2D(？)
已知“？”代表C、D状态未确定；反应一段时间后达到平衡，测得生成1.6 molC，且反应前后压强比为5∶4，则下列说法中正确的是()
①该反应的化学平衡常数表达式为
②此时B的转化率为35%
③增大该体系压强，平衡向右移动，但化学平衡常数不变
④增加C的量，A、B转化率不变
A．①②B．②③
C．①④D．③④
7．一定温度下，在四个容积均为2 L的密闭容器中发生下列反应：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)，起始的物质的量如下表所示，甲中反应在10 min时达到平衡，此时SO2的平衡转化率为80%。

下列判断中正确的是()
A．前10 min3甲
B．乙容器中SO2的平衡转化率大于80%
C．丙容器中，反应达平衡前：v逆<v正
D．丁容器中，平衡时SO2的浓度小于甲容器中平衡时SO2的浓度的两倍
8．在容积为1.00 L的容器中，通入一定量的N2O4，发生反应N2O4(g)⇌2NO2(g)，随温度升高，混合气体的颜色变深。

回答下列问题：
(1)反应的ΔH________ 0(填“大于”或“小于”)；100 ℃时，体系中各物质浓度随时间变化如上图所示。

在0～60 s时段，反应速率v(N2O4)为________mol·L－1·s－1；反应的平衡常数K1为________。

(2) 100 ℃时达平衡后，改变反应温度为T，c(N2O4)以0.0020 mol·L－1·s－1的平均速率降低，经10 s又达到平衡。

①T________100 ℃(填“大于”或“小于”)，判断理由是
______________________________________________________。

②列式计算温度T时反应的平衡常数K2___________________。

(3)温度T时反应达平衡后，将反应容器的容积减少一半。

平衡向________(填“正反应”或“逆反应”)方向移动，判断理由是
______________________________________________________。