2022年高考化学一轮复习讲义第7章第34讲 微专题18　应用“等效平衡”判断平衡移动的结果 (含解析)

    18　应用“等效平衡”判断平衡移动的结果

1．等效平衡的含义

在一定条件下(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，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。

2．等效平衡的判断方法

(1)恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应

判断方法：极值等量即等效。

例如：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

①    2 mol    1 mol     0

②    0  0     2 mol

③    0.5 mol   0.25 mol  1.5 mol

④    a mol    b mol     c mol

上述①②③三种配比，按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则SO2均为2 mol，O2均为1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。

④中a、b、c三者的关系满足：c＋a＝2，＋b＝1，即与上述平衡等效。

(2)恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应

判断方法：极值等比即等效。

例如：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)

①    2 mol    3 mol    0

②    1 mol    3.5 mol  2 mol

③    a mol    b mol     c mol

按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则①②中＝，故互为等效平衡。

③中a、b、c三者关系满足：＝，即与①②平衡等效。

(3)恒温条件下反应前后体积不变的反应

判断方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。

例如：H2(g)＋I2(g)2HI(g)

①    1 mol  1 mol  0

②    2 mol  2 mol  1 mol

③    a mol  b mol  c mol

①②两种情况下，n(H2)∶n(I2)＝1∶1，故互为等效平衡。

③中a、b、c三者关系满足∶＝1∶1或a∶b＝1∶1，c≥0，即与①②平衡等效。

3．虚拟“中间态”法构建等效平衡

(1)构建恒温恒容平衡思维模式

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)构建恒温恒压平衡思维模式(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。

对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持温度、体积不变，按要求回答下列问题。

(1)PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)

再充入PCl5(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，PCl5(g)的转化率________，PCl5(g)的百分含量______。

答案　正反应　减小　增大

(2)2HI(g)I2(g)＋H2(g)

再充入HI(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，HI的分解率________，HI的百分含量________。

答案　正反应　不变　不变

(3)2NO2(g)N2O4(g)

再充入NO2(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，NO2(g)的转化率________，NO2(g)的百分含量________。

答案　正反应　增大　减小

(4)mA(g)＋nB(g)pC(g)

同等倍数的加入A(g)和B(g)，平衡正向移动，达到平衡后，①m＋n>p，A、B的转化率都增大，体积分数都减小；②m＋n＝p，A、B的转化率、体积分数都不变；③m＋n<p，A、B的转化率都减小，体积分数都增大。

特别提醒　上述反应达平衡后，若保持温度、压强不变，再加入一定量的反应物，则移动的结果无论是哪种情况，反应物的转化率和体积分数都不发生变化。

平衡转化率的分析与判断方法

反应aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)的转化率分析

①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。

②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。

③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化学计量数有关。

同倍增大c(A)和c(B)

1．已知2SO2 (g)＋O2 (g)2SO3 (g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲) 2 mol SO2和1 mol O2；(乙) 1 mol SO2和0.5 mol O2 ；(丙) 2 mol SO3 。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是(　　)

A．容器内压强p：p甲＝p丙>2p乙

B．SO3的质量m：m甲＝m丙>2m乙

C．c(SO2)与c(O2)之比为k：k甲＝k丙>k乙

D．反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙

答案　B

解析　因为反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)在恒温、恒容的条件下进行。根据等效平衡的原理可知，甲与丙最后达到平衡时SO2、O2、SO3的物质的量、容器内的压强、SO2与O2的比值都相同；乙相当于在甲容器达到平衡后，将容器的体积瞬间扩大为原来的2倍。设甲达到平衡时容器内的压强为p甲，此时容器内瞬间压强减小为，此时平衡向逆反应方向移动，气体的物质的量增加，SO3的质量减小，所以容器内气体的压强增大，则p乙>，则2p乙>p甲＝p丙，SO3的质量，m甲＝m丙>2m乙，A错、B对；当甲容器达到平衡后瞬间将容器体积扩大2倍，平衡向逆反应方向移动，但是生成的SO2与O2的物质的量之比为2∶1，这与开始两者加入的物质的量之比相同，所以在此过程中SO2与O2的物质的量之比一直是2∶1不变，C错；甲与丙为等效平衡，但达到平衡时，甲容器中SO2的转化率与丙容器中SO3的转化率不一定相等，即Q甲不一定等于Q丙，D错。

2．一定条件下存在反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，其正反应放热。图1、图2表示起始时容器甲、丙体积都是V，容器乙、丁体积都是；向甲、丙内都充入2a mol SO2和a mol O2并保持恒温；向乙、丁内都充入a mol SO2和0.5a mol O2并保持绝热(即与外界无热量交换)，在一定温度时开始反应。

下列说法正确的是(　　)

A．图1达平衡时，浓度c(SO2)：甲＝乙

B．图1达平衡时，平衡常数K：甲<乙

C．图2达平衡时，所需时间t：丙<丁

D．图2达平衡时，体积分数φ(SO3)：丙>丁

答案　D

解析　甲和乙若都是恒温恒压，则两者等效，但乙为绝热恒压，又该反应正反应为放热反应，则温度：甲<乙，温度升高平衡向逆反应方向移动，浓度c(SO2)：甲<乙，平衡常数K：甲>乙，故A、B项错误；丙和丁若都是恒温恒容，则两者等效，但丁为绝热恒容，则温度：丙<丁，温度越高，反应速率越快，到达平衡的时间越短，所用的时间：丙>丁，C项错误；温度升高平衡向逆反应方向移动，体积分数φ(SO3)：丙>丁，D项正确。

3．Ⅰ.恒温、恒压下，在一可变容积的容器中发生如下反应：

A(g)＋B(g)C(g)。

(1)若开始时放入1 mol A和1 mol B，达到平衡后，生成a mol C，这时A的物质的量为________mol。

(2)若开始时放入3 mol A和3 mol B，达到平衡后，生成C的物质的量为________mol。

(3)若开始时放入x mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡后，A和C的物质的量分别是y mol和3a mol，则x＝________mol，y＝________mol。平衡时，B的物质的量________(填字母)。

A．大于2 mol

B．等于2 mol

C．小于2 mol

D．可能大于、等于或小于2 mol

作出此判断的理由是_________________________________________________________。

(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C，待再次达到平衡后，C的物质的量分数是________。

Ⅱ.若维持温度不变，在一个与(1)反应前起始体积相同且容积固定的容器中发生上述反应。

(5)开始时放入1 mol A和1 mol B达到平衡后生成b mol C，将b与(1)小题中的a进行比较：________(选填一个编号)。

甲：a<b   乙：a>b

丙：a＝b   丁：不能比较

作出此判断理由是________________________________________________________。

答案　(1)(1－a)　(2)3a　(3)2　(3－3a)　D　若3a>1，B的物质的量小于2 mol；若3a＝1，B的物质的量等于2 mol；若3a<1，B的物质的量大于2 mol　(4)　(5)乙　因为(5)小题中容器的容积不变，而(1)小题中容器的容积缩小，所以随着反应进行，(5)小题的容器中的压强小于(1)小题容器中的压强，有利于平衡逆向移动，故反应达到平衡后a>b

解析　(1)由反应A(g)＋B(g)C(g)可知，生成a mol C必消耗a mol A，则n(A)＝(1－a)mol。(2)因(2)与(1)为恒温恒压条件下的等效平衡，且(2)开始时A和B的物质的量为(1)开始时A和B物质的量的3倍，则达到平衡后(2)生成C的物质的量为(1)生成C的物质的量的3倍，故生成C的物质的量为3a mol。(3)因(3)与(2)为恒温恒压条件下的等效平衡，若1 mol C全部生成A和B，则可得到1 mol A和1 mol B，则x mol＋1 mol＝3 mol，解得x＝2。

　　　　          A(g)＋B(g)C(g)

开始物质的量mol  2      2      1

转化物质的量mol  3a－1  3a－1  3a－1

平衡物质的量mol  3－3a  3－3a  3a

从而可得y＝3－3a，n(B)平＝(3－3a)mol。

由此可知，若3a>1，则B的物质的量小于2 mol；若3a＝1，则B的物质的量等于2 mol；若3a<1，则B的物质的量大于2 mol。(4)因(4)与(1)和(2)均为等效平衡，则(4)与(1)和(2)中C的物质的量分数均相等，故C的物质的量分数为＝或＝。(5)因为容器的容积不变，而(1)小题中容器的容积缩小，所以随着反应进行，(5)小题的容器中的压强小于(1)小题容器中的压强，有利于平衡逆向移动，故反应达到平衡后a>b。