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摘要:本文针对等效平衡这个知识点,从问题的求解角度进行全新诠释,将等效平衡的应用进行分类解释。
关键词:等效平衡;定压;定容
等效平衡问题历来是大多数高三学生的难点,有的遇到这类题就无所适从,不知如何去做。其实等效平衡只有两类反应方程式,三种情况:对于I2(g) H2(g)?葑2HI(g),不论定容还是定压,只要折合后和原投料成比例,即可等效。对于2SO2 O2?葑2SO3(g),若是定压,只要折合后和原投料成比例,即可等效。若为定容,则要和原投料折合成完全相同方可等效。(要注意等效后是浓度相同还是百分含量相同,这是两种不同的等效结果),下面将经常遇到的实际问题归纳如下,供同学们参考。
一、判断平衡移动的方向
例1(2003全国卷):某温度下,在一容积可变的容器中,反应2A(g) B(g)?葑2C(g)达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整,可使平衡右移的是
A.均减半 B.均加倍
C.均增加1mol D.均减少1mol
解析:本题考查了等效平衡问题。在等温等压条件下,把加入的物质按照反应方程式中计量数转化为反应物或生成物,物质的量之比保持一致即为等效平衡。选项A、B中三者比例为2:1:2,与题中比例一致,为等效平衡,平衡不移动。C可设想为两步加入,第一次加入1molA、0.5molB、1molC,此时平衡不移动,第二次再加0.5molB(此法与一次性各加入1mol等效),提高反应物浓度,平衡向右移动。D中均减少1mol,也可设想为两步进行,先将A减少1mol,B减少0.5mol,C减少1mol,此时平衡不移动,再将B减少0.5mol,降低反应物浓度,平衡向左移动。故选C。
二、确定方程式中的系数
例2:有可逆反应:2A(g)+3B(g)?葑xC(g) 4D(g),若按下列两组配比:
(1)0.8molA 1.2molB 1.2molC 2.4molD
(2)1.4molA 2.1molB 0.6molC 1.2molD
分别放在容积不变的同一密闭容器中,在一定温度下反应达平衡后,C的质量分数相等,则方程式中的x为:
A.1 B.2 C.3 D.4
解析:①若为量等同平衡,则x≠1,除用“一边推”各组分的量分别相等求x外,还可将(1)看作是(2)正向反应进行的结果,故:(1.2mol-0.6mol):(2.4mol-1.2mol)=x:4,x=2。②若为量分数等同平衡,则x=1,“一边推”后两种配比的投料比应相同,而(1)正推后投料比n(C):n(D)=1.6:4;(2)正推后投料比n(C):n(D)=1.3:4;故不可能。因此选B。
三、考查逆向建立平衡
例3:在密闭容器中,对于反应:2SO2(g) O2(g)2SO3(g),SO2和O2起始时分别为20mol和10mol;达平衡时,SO2的转化率为80%。若从SO3开始进行反应,在相同的温度下,欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同,则起始时SO3的物质的量及其转化率为
A.10mol和10%B.20mol和20%
C.20mol和40% D.20mol和80%
解析:按题意“若从SO3开始进行反应,在相同的温度下,欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同”,建立相同的平衡,需SO3的物质的量为20mol,原平衡中SO2的转化率为80%,达到平衡时SO3的物质的量应为16mol,可知,从SO3开始建立与之相同的平衡,达平衡时SO3的物质的量亦为16mol,故SO3的转化率为■×100%=20%。故选B。
四、比较转化率
例4(1998年全国卷):体积相同的甲、乙两个容器中,分别都充有等物质的量的SO2和O2,在相同温度下发生反应:2SO2 O2?葑2SO3,并达到平衡。在这过程中,甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率 ()
A.等于p%B.大于p%
C.小于p%D.无法判断
解析:利用平衡中的等效转化分析法,将两平衡态先相联系,再依据平衡移动原理相互转化,便能快速方便地获得结果。设乙容器压强保持1.01×105Pa,因甲容器中体积保持不变,2SO2 O2?葑2SO3的正反应是个气体体积缩小的反应,达到平衡时,混合气体的总压强小于1.01×105Pa。又减小压强,平衡向逆反应方向移动,则甲容器中SO2转化率低,乙容器中(定压)SO2的转化率高。故选B。
关键词:等效平衡;定压;定容
等效平衡问题历来是大多数高三学生的难点,有的遇到这类题就无所适从,不知如何去做。其实等效平衡只有两类反应方程式,三种情况:对于I2(g) H2(g)?葑2HI(g),不论定容还是定压,只要折合后和原投料成比例,即可等效。对于2SO2 O2?葑2SO3(g),若是定压,只要折合后和原投料成比例,即可等效。若为定容,则要和原投料折合成完全相同方可等效。(要注意等效后是浓度相同还是百分含量相同,这是两种不同的等效结果),下面将经常遇到的实际问题归纳如下,供同学们参考。
一、判断平衡移动的方向
例1(2003全国卷):某温度下,在一容积可变的容器中,反应2A(g) B(g)?葑2C(g)达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整,可使平衡右移的是
A.均减半 B.均加倍
C.均增加1mol D.均减少1mol
解析:本题考查了等效平衡问题。在等温等压条件下,把加入的物质按照反应方程式中计量数转化为反应物或生成物,物质的量之比保持一致即为等效平衡。选项A、B中三者比例为2:1:2,与题中比例一致,为等效平衡,平衡不移动。C可设想为两步加入,第一次加入1molA、0.5molB、1molC,此时平衡不移动,第二次再加0.5molB(此法与一次性各加入1mol等效),提高反应物浓度,平衡向右移动。D中均减少1mol,也可设想为两步进行,先将A减少1mol,B减少0.5mol,C减少1mol,此时平衡不移动,再将B减少0.5mol,降低反应物浓度,平衡向左移动。故选C。
二、确定方程式中的系数
例2:有可逆反应:2A(g)+3B(g)?葑xC(g) 4D(g),若按下列两组配比:
(1)0.8molA 1.2molB 1.2molC 2.4molD
(2)1.4molA 2.1molB 0.6molC 1.2molD
分别放在容积不变的同一密闭容器中,在一定温度下反应达平衡后,C的质量分数相等,则方程式中的x为:
A.1 B.2 C.3 D.4
解析:①若为量等同平衡,则x≠1,除用“一边推”各组分的量分别相等求x外,还可将(1)看作是(2)正向反应进行的结果,故:(1.2mol-0.6mol):(2.4mol-1.2mol)=x:4,x=2。②若为量分数等同平衡,则x=1,“一边推”后两种配比的投料比应相同,而(1)正推后投料比n(C):n(D)=1.6:4;(2)正推后投料比n(C):n(D)=1.3:4;故不可能。因此选B。
三、考查逆向建立平衡
例3:在密闭容器中,对于反应:2SO2(g) O2(g)2SO3(g),SO2和O2起始时分别为20mol和10mol;达平衡时,SO2的转化率为80%。若从SO3开始进行反应,在相同的温度下,欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同,则起始时SO3的物质的量及其转化率为
A.10mol和10%B.20mol和20%
C.20mol和40% D.20mol和80%
解析:按题意“若从SO3开始进行反应,在相同的温度下,欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同”,建立相同的平衡,需SO3的物质的量为20mol,原平衡中SO2的转化率为80%,达到平衡时SO3的物质的量应为16mol,可知,从SO3开始建立与之相同的平衡,达平衡时SO3的物质的量亦为16mol,故SO3的转化率为■×100%=20%。故选B。
四、比较转化率
例4(1998年全国卷):体积相同的甲、乙两个容器中,分别都充有等物质的量的SO2和O2,在相同温度下发生反应:2SO2 O2?葑2SO3,并达到平衡。在这过程中,甲容器保持体积不变,乙容器保持压强不变,若甲容器中SO2的转化率为p%,则乙容器中SO2的转化率 ()
A.等于p%B.大于p%
C.小于p%D.无法判断
解析:利用平衡中的等效转化分析法,将两平衡态先相联系,再依据平衡移动原理相互转化,便能快速方便地获得结果。设乙容器压强保持1.01×105Pa,因甲容器中体积保持不变,2SO2 O2?葑2SO3的正反应是个气体体积缩小的反应,达到平衡时,混合气体的总压强小于1.01×105Pa。又减小压强,平衡向逆反应方向移动,则甲容器中SO2转化率低,乙容器中(定压)SO2的转化率高。故选B。