高二化学《化学平衡的移动》教案(7)
第3课时 等效平衡
[目标要求] 1.理解等效平衡的概念。2.能够判断并建立等效平衡。
一、等效平衡的含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。
二、等效平衡的分类
(1)对于恒温、恒容条件下的体积可变的反应
如果按方程式中的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态是等效的。
结果：达到平衡后，各组分的百分含量及各组分的浓度都是相等的。
例如，一定条件下的可逆反应：
2SO2 ＋ O2 2SO3
① 2 mol 1 mol 0 mol
② 0 mol 0 mol 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
上述三种配比，按方程式的计量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。
(2)对于恒温、恒容条件下的体积不变反应以及恒温、恒压的可逆反应(无论体积可变或不变)
如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量比与对应组分的起始加入量比相同，则建立的化学平衡状态是等效的。
结果：达到平衡后，各组分的百分含量相同，但各组分的浓度并不一定相同。
例如：
H2(g)＋ I2(g) 2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0 mol
② 2 mol 2 mol 1 mol
上述两种配比，按方程式中化学计量关系均转化为反应物，两种情况下H2(g)与I2(g)的物质的量比均为1∶1，因此上述两种情况建立的化学平衡状态是等效的。
知识点一 恒温、恒容条件下的等效平衡
1．已知在等温、等容条件下，有如下可逆反应：2A(g)＋2B(g) 3C(g)＋D(g)。现分别从两条途径建立平衡，途径Ⅰ：A、B的起始浓度均为2 mol•L－1；途径Ⅱ：C、D的起始浓度分别为6 mol•L－1和2 mol•L－1。下列叙述正确的是( )
A．Ⅰ、Ⅱ两种途径最终达到平衡时，体系内混合气体的浓度相同
B．Ⅰ、Ⅱ两种途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同
C．达到平衡时，Ⅰ途径的反应速率v1等于Ⅱ途径的反应速率v2
D．达到平衡时，Ⅰ途径混合气体的密度与Ⅱ途径混合气体的密度相等
答案 B
解析 该反应的条件是在等温等容条件下，且该反应前后气体体积不变。由于途径Ⅱ相当于A、B的起始浓度均为4 mol•L－1建立平衡体系，故平衡时各组分的体积百分含量应与Ⅰ相同，但各组分的浓度以及混合气体的密度则为Ⅰ的两倍。
2．在1 L密闭容器中通入2 mol NH3，在一定温度下发生反应：2NH3 N2＋3H2，达平衡时，N2的物质的量分数为a%，维持容器的体积和温度不变，分别通入下列几组物质，达到平衡时，容器内N2的物质的量分数仍为a%的是( )
A．3 mol H2和1 mol NH3
B．2 mol NH3和1 mol N2
C．2 mol N2和3 mol H2
D．0.1 mol NH3、0.95 mol N2、2.85 mol H2
答案 D
解析 由题意可知，是在恒温恒容下的等效平衡，应满足投料相等，利用极限转化法可将各项中物质转化成第一种情况中NH3的物质的量来比较：
A．1 mol NH3 3 mol H2 B．2 mol NH3 1 mol N2
C．2 mol NH3 1 mol N2 D中2 mol NH3，故答案为D。
3．一定温度下，在恒容密闭容器中发生如下反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)，若反应开始时充入2 mol A和2 mol B，达平衡后A的体积分数为a%。其他条件不变时，若按下列四种配比作为起始物质，平衡后A的体积分数大于a%的是( )
①2 mol C
②2 mol A、1 mol B和1 mol He(不参加反应)
③1 mol B和1 mol C
④2 mol A、3 mol B和3 mol C
A．①② B．②③ C．①④ D．③④
答案 A
解析 将选项中的各种配比全部转化为起始时A和B的物质的量并与题给平衡进行对比分析：
起始时物质的量(mol) 2A(g)＋ B(g) 3C(g) 平衡时φ(A)
已知 2 2 0 a%
A 43 23 0 >a%
B 2 1 0 >a%
C 23 43 0
D 4 4 0 ＝a%
由于是在恒容条件下，所以②选项中的1 mol He对平衡无影响。由于反应2A(g)＋B(g) 3C(g)是一个气体体积不变的反应，因此当n(A)∶n(B)＝1∶1时即与“已知”构成等效平衡，平衡时φ(A)＝a%，如选项④；当n(A)∶n(B)>1时，必然A的体积分数增加，φ(A)>a%，如选项①、②；当n(A)∶n(B)<1时，B的体积分数增加，φ(A)
知识点二 恒温、恒压条件下的等效平衡
4．将3 mol A和1 mol B混合于一体积可变的密闭容器P中，以此时的温度、压强和体积作为起始条件，发生如下反应：3A(g)＋B(g) 2C(g)＋D(g)，达到平衡时C的浓度为ω mol•L－1。保持温度和压强不变，按下列四种配比充入容器P中，平衡后C的浓度仍为ω mol•L－1的是( )
A．6 mol A＋2 mol B
B．3 mol A＋1 mol B＋2 mol C
C．2 mol C＋1 mol B＋1 mol D
D．1 mol C＋2 mol D
答案 A
解析 在恒温恒压下，只要n(A)∶n(B)＝3∶1或n(C)∶n(D)＝2∶1，达到平衡时就均为同一平衡状态，即满足等效平衡的条件。答案为A。
5．某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g) 2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4 mol、2 mol和4 mol。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1 mol D．均减少1 mol
