化学等效平衡解题技巧总结

1 2008 高考化学等效平衡解题技巧 一 概念 在一定条件 恒温恒容或恒温恒压 下 同一可逆反应体系 不管是从正反应开始 还是从逆 反应开始 在达到化学平衡状态时 任何相同组分的百分含量 体积分数 物质的量分数等 均相同 这样的化学平衡互称等效平衡 包括 相同的平衡状态 概念的理解 1 外界条件相同 通常可以是 恒温 恒容 恒温 恒压 2 等效平衡 与 完全相同的平衡状态 不同 完全相同的平衡状态 是指在达到平衡状态时 任何组分的物质的量分数 或体积分数 对应相等 并且反应的速率等也相同 但各组分的物质的量 浓度可能不同 而 等效平衡 只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数 或体积分数 对应相同 反应的速率 压强等可以不同 3 平衡状态只与始态有关 而与途径无关 如 无论反应从正反应方向开始 还是从逆反应方向 开始 投料是一次还是分成几次 反应容器经过扩大 缩小或缩小 扩大的过程 只要起始浓度相当 就达到相同的平衡状态 二 等效平衡的分类 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种 I 类 恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说 即 V 0 的体系 等价转化后 对 应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同 II 类 恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说 即 V 0 的体系 等价转化后 只 要反应物 或生成物 的物质的量的比例与原平衡起始态相同 两平衡等效 III 类 恒温恒压下对于气体体系等效转化后 要反应物 或生成物 的物质的量的比例与原平衡起始 态相同 两平衡等效 解题的关键 读题时注意勾画出这些条件 分清类别 用相应的方法求解 我们常采用 等价转换 的方法 分析和解决等效平衡问题 三 例题解析 I 类 在恒温恒容下 对于化学反应前后气体体积发生变化的可逆反应 只改变起始加入物质的物 质的量 如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同 则两平衡等效 例 1 在一定温度下 把 2mol SO2和 1mol O2通入一定容积的密闭容器中 发生如下反应 当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态 现在该容器中维持2OS 3S 温度不变 令 a b c 分别代表初始时加入的 的物质的量 mol 如果 a b c 取不同3S 的数值 它们必须满足一定的相互关系 才能保证达到平衡状态时 反应混合物中三种气体的百分含量 仍跟上述平衡完全相同 请填空 1 若 a 0 b 0 则 c 2 若 a 0 5 则 b c 3 a b c 的取值必须满足的一般条件是 请用两个方程式表示 其 中一个只含 a 和 c 另一个只含 b 和 c 解析 通过化学方程式 可以看出 这是一个化学反应前后气体分子数不等的2OS 3S 可逆反应 在定温 定容下建立的同一化学平衡状态 起始时 无论怎样改变 的物质的32SO 量 使化学反应从正反应开始 还是从逆反应开始 或者从正 逆反应同时开始 但它们所建立起来的 化学平衡状态的效果是完全相同的 即它们之间存在等效平衡关系 我们常采用 等价转换 的方法 分析和解决等效平衡问题 1 若 a 0 b 0 这说明反应是从逆反应开始 通过化学方程式 可以看出 2S 3 反应从 2mol SO3开始 通过反应的化学计量数之比换算成 和 的物质的量 即等价转换 恰好跟2O 反应从 2mol SO2和 1mol O2的混合物开始是等效的 故 c 2 2 由于 a 0 5 2 这表示反应从正 逆反应同时开始 通过化学方程式 可以2O3S 看出 要使 0 5 mol SO2反应需要同时加入 0 25mol O2才能进行 通过反应的化学计量数之比换算成 SO3 的物质的量 即等价转换 与 0 5 mol SO3是等效的 这时若再加入 1 5 mol SO3就与起始时加入 2 mol SO3是等效的 通过等价转换可知也与起始时加入 2 mol SO2和 1mol O2是等效的 故 b 0 25 c 1 5 3 题中要求 2mol SO2和 1mol O2要与 a mol SO2 b mol O2和 c mol SO3建立等效平衡 由化学方 2 程式 可知 c mol SO3等价转换后与 c mol SO2和 等效 即是说 2OS 3S 2Omolc 和 与 a mol SO2 b mol O2和 c mol SO3等效 那么也就是与 2mol SO2和mol ca 2ol b 1mol O2等效 故有 1ca II 类 在恒温恒容下 对于反应前后气体体积不变的可逆反应 只要反应物 或生成物 的物质的 量之比与原平衡相同 则两平衡等效 例 2 在一个固定容积的密闭容器中 保持一定的温度进行以下反应 g BrH g Hr2 已知加入 1mol H2和 2mol Br2时 达到平衡后生成 a mol HBr 见下表已知项 在相同条件下 且 保持平衡时各组分的体积分数不变 对下列编号 的状态 填写下表中的空白 起 始 状 态 时 物 质 的 量 n mol H2 Br2 HBr 平 衡 时 HBr的 物 质 的 量n mol 已 知 编 号 1 2 0 a 2 4 0 1 0 5a m g 2m 解析 在定温 定容下 建立起化学平衡状态 从化学方程式可以看出 Br g H22 Hr 这是一个化学反应前后气体分子数相等的可逆反应 根据 等价转换 法 通过反应的化学计量数之比 换算成同一边物质的物质的量之比与原平衡相同 则达到平衡后与原平衡等效 因为标准项中 n 起始 n 起始 n HBr 平衡 1 2 a 将 n H 2起始 22r 2mol n Br 2起始 4mol 代入上式得 n HBr 平衡 2a 参照标准项可知 n HBr 平衡 0 5a mol 需要 n H 2起始 0 5mol n Br 2起始 1mol n HBr 起始 0mol 而现在的起始状态 已有 1mol HBr 通过等价转换以后 就相当于起始时 有 0 5 mol H2和 0 5 mol Br2的混合物 为使 n H 2起始 n Br 2起始 1 2 则需要再加入 0 5 mol Br2就可以达到了 故起始时 H2和 Br2的物质的量应为 0mol 和 0 5mol 设起始时 HBr 的物质的量为 x mol 转换成 H2和 Br2后 则 H2和 Br2的总量分别为 mol2xm 和 mol 根据 解得 设平衡时 HBr 的物质的量为 y xg 1 g m mg x mol 则有 解得 y 2xa 1 a III 类 在恒温恒压下 改变起始时加入物质的物质的量 只要按化学计量数之比换算成化学方程 式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同 达到平衡状态后与原平衡等效 例 3 如图所示 在一定温度下 把 2 体积 N2和 6 体积 H2通入一个带有活塞的容积可变的容器中 活塞的一端与大气相通 容器中发生以下反应 正反应放热 若反应达到平衡后 3 3 测得混合气体的体积为 7 体积 据此回答下列问题 N2 体 积 H 2 6体 积 1 保持上述反应温度不变 设 a b c 分别代表初始加入的 N2 H 2和 NH3的体积 如果反应达到 平衡后混合气体中各气体的体积分数仍与上述平衡相同 那么 若 a 1 c 2 则 b 在此情况下 反应起始时将向 填 正 或 逆 反 应方向进行 3 若需规定起始时反应向逆反应方向进行 则 c 的取值范围是 2 在上述装置中 若需控制平衡后混合气体为 6 5 体积 则可采取的措施是 原因是 解析 1 化学反应 在定温 定压下进行 要使平衡状态与原平衡状态等2H3N 3 效 只要起始时 就可以达到 已知起始时各物质的体积分别为 1 体积 N2 b 体积 H2和 2 体积62 H V 根据 等价转换 法 将 2 体积 通过反应的化学计量数之比换算成 和 的体积 则相当3N3 于起始时有 1 1 体积 和 b 3 体积 它们的比值为 解得 b 3 2 63b 因反应前混合气体为 8 体积 反应后混合气体为 7 体积 体积差为 1 体积 由差量法可解出平衡时 为 1 体积 而在起始时 的体积为 c 2 体积 比平衡状态时大 为达到同一平衡状态 的3 3N 3NH 体积必须减小 所以平衡逆向移动 若需让反应逆向进行 由上述 所求出的平衡时 的体积为 1 可知 的体积必须大于 1 3NH3NH 最大值则为 2 体积 和 6 体积 完全反应时产生的 的体积 即为 4 体积 则 22H 2c1 2 由 6 5b 乙 ab 即应填 甲 针对训练 1 在 t 时 向 2L 密闭容器中放入 1molA 和 1molB 发生下列反应 A g B g C g 2D g 平衡时 C 的含量为 m 保持其他条件不变 若按下列配比将物质放 入容器中达到平衡时 C 的含量仍为 m 的是 A 2molA 和 1molB B 2molD 和 A B C 各 1mol C 1molC 和 2molD D 1molC 和 1molD 2 在一定温度下 把 2mol SO2和 1mol O2通入一个一定容积的密闭容器里 发生如下反应 2SO 2 O2 2 SO3 当此反应进行到一定程度时 反应混合物就处于化学平衡状态 现在该容器中维持温度不变 令 a b c 分别代表初始加入的 SO2 O 2和 SO3的物质的量 mol 如 a b c 取不同的数值 它们必须 满足一定的相互关系 才能保持达到平衡时 反应混合物中三种气体的体积分数仍和上述平衡时的完全 相同 请填写下列空白 若 a 0 b 0 则 c 若 a 0 5 则 b 和 c a b c 必须满足的一般条件是 请用两个方程式表示 其中一个只含 a 和 c 另一个只含 b 和 c 答案 1 2mol 2 b 0 25mol c 1 5mol 3 a c 2 b c 2 1 或 2b c 2 3 在一个固定体积的密闭容器中 加入 2mol A 和 1mol B 发生反应 2A g B g 3C g D g 达平衡时 c C W mol L 若维持容器内体积和温度不变 按下列四 种配比作起始物质 达平衡后 C 浓度仍为 W mol L 的是 AD A 1mol A 0 5mol B 1 5mol C 0 5 D B 2mol A 1mol B 3mol C 1mol D C 3mol C 1mol D 1mol B D 3mol C 1mol D 4 在一恒温恒容密闭容器中 A B 气体可建立如下平衡 2A g 2B g C g 3D g 现分别从两条 途径建立平衡 A B 的起始量均为 2mol C D 的起始量分别为 2mol 和 6mol 下列叙述不正确 的是 B A 两途径最终达到平衡时 体系内混合气体的百分组成相同 B 两途径最终达到平衡时 体系内混合气体的百分组成不同 C 达到平衡时 途径 的 和途径 体系内混合气体平均相对分子质量相同 D 达到平衡时 途径 的气体密度为途径 密度的 1 2 5 在一个 1L 的密闭容器中 加入 2molA 和 1molB 发生下述反应 2A g 2B g 3C g D g 达到平衡时 C 的浓度为 1 2mol L C 的体积分数为 a 维持容器的体积和温度不变 按下列配比作为起始物质 达到平衡后 C 的浓度仍是 1 2mol L 的是 D A 3mol C 1mol D B 1mol A 0 5mol B 1 5mol C 0 5mol D C 1mol A 0 5mol B 1 5mol C D 4mol A 2mol B 6 在一固定容积的密闭容器中充入 2molA 和 1molB 发生反应 2A 气 B 气 xC 气 达到平衡后 C 的体积分数为 W 若维持容器体积和温度不变 按 0 6molA 0 3molB 和 1 4molC 为起始物质 达到平 衡后 C 的体积分数仍为 W 则 x 值为 BC A 1 B 2 C 3 D 4 5 7 在一个 1L 的密闭容器中 加入 2molA 和 1molB 发生下述反应 2A g B g 3C g D g 达到平衡时 C 的浓度为 1 2mol L C 的体积分数为 a 维持容器的压强 和温度不变 按下列配比作为起始物质 达到平衡后 C 的浓度仍是 1 2mol L 或 C 的体积分数仍是 a 的是 ABD A 3mol C 1mol D B 1mol A 0 5mol B 1 5mol C 0 5mol D C 1mol A 0 5mol B 1 5mol C D 4mol A 2mol B 8 在恒温 恒压的条件下 向可变容积的密闭容器中充入 3LA 和 2LB 发生如下反应 3A 气 2B 气 xC 气 yD 气 达到平衡时 C 的体积分数为 m 若维持温度压强不变 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 CD A x 3 y 1 B x 4 y 1 C x 5 y 1 D x 10 y 2 9 在一个容积固定的密闭容器中充入 1molHI 建立如下平衡 H 2 g I 2 g 2HI g 测得 HI 的 转化率为 a 其他条件不变 在上述平衡体系中再充入 1molHI 待平衡建立时 HI 的转化率为 b 则 a b 的关系为 C A a b B a b C a b D 无法确定 10 一个真空密闭恒容容器中盛有 1molPCl5 加热到 200 发生如下反应 PCl5 g PCl3 g Cl2 g 反应达到平衡时 混合气体中 PCl5 所占体积分数为 M 若同一温 度的同一容器中 最初投入 2 molPCl5 反应达平衡时 混合气体中 PCl5 所占体积分数为 N 则 M 和 N 的关系是 C A M N B M N C M N D 无法确定 11 已知甲为恒温恒压容器 乙为恒温恒容容器 两容器中均充入 2mol SO2 1mol O2 初始时两容器的 温度体积相同 一段时间后反应达到平衡 为使两容器中的 SO2在平衡混合物的物质的量分数相同 下列措施中可行的是 AB A 向甲容器中充入一定量的氦气 B 向乙容器中充入一定量的 SO3气体 C 升高乙容器的温度 D 增大甲容器的压强 12 有两个密闭容器 A 和 B A 容器内有一个移动的活塞能使容器内 保持恒压 B 容器能保持恒容 起始时向这两个容器中分别充入等量 的体积比为 2 1 的 SO2和 O2的混合气体 并使 A 和 B 的容积相等 在保持 4000C 的条件下使之发生如下反应 2 SO 2 O2 2SO3 1 达到平衡时所需要的时间 A 容器比 B 容器 A 容器中 SO2的转化率比 B 容器 2 达到 1 所述平衡后 若向两容器中通入数量不多的等量氩气 A 容器 化学平衡 移动 B 容器化学平衡 移动 3 达到 1 所述平衡后 若向两容器中通入等量的原反应气体 达到平衡时 A 容器 SO3物质的量 分数 B 容器中 SO3的物质的量分数 填增大 减小 不变 答案 1 短 大 2 逆向 不 3 不变 增大