虎山中学高二化学等效平衡练习.docx
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虎山中学高二化学等效平衡练习
虎山中学高二化学(理科)
等效平衡专题小结与练习
一、等效平衡的概念
在相同的条件下,对同一个可逆反应,反应无论从正反应方向开始进行还是从逆方向开始进行,只要起始时加入物质的物质的量不同,而达到相同的平衡状态,这样的平衡称为等效平衡。
概念的理解:
(1)相同的条件:
通常指:
恒温恒容或恒温恒压
(2)相同的平衡状态:
通常是指平衡混合物各组分的百分含量(指质量分数、体积分数、物质的量分数)相同,但各组分的物质的量、浓度可能不同。
切记的是组分的百分数相同,包括体积分数、物质的量分数或质量百分数,而不仅仅是指浓度相同,因为同一组分百分数相同时其浓度不一定相等。
(3)建立平衡状态的途径:
①可加入反应物,从正反应方向开始
②可加入生成物,从逆反应方向开始
③也可从加入反应物和生成物,从正、逆反应方向同时开始
三类等效平衡的比较:
等效类型
I
II
III
条件
恒温、恒容
恒温、恒容
恒温、恒压
起始投料特征
换算为方程式同一半边物质后,其“量”相同
换算为方程式同一边物质后,其“量”符合同一比例
换算为方程式同一边物质后,其“量”符合同一比例
对反应的要求
任何可逆反应
反应前、后气体体积相等
任何可逆反应
平衡特点
百分数W%
(体积分数、物质的量分数或质量分数)
相同
相同
相同
浓度c
相同
成比例
相同(气体)
转化率
相同或不同
相同或不同
相同或不同
物质的量n
相同
成比例
成比例
质量m
相同
成比例
成比例
分子数N
相同
成比例
成比例
热量值
不一定相同
不一定相同
不一定相同
等效情况
完全等效
(相同等效)
不完全等效
(相似等效)
不完全等效
(相似等效)
注意事项:
1、平衡等效,转化率不一定相同
①若是从不同方向建立的等效平衡,物质的转化率一定不同。
如在某温度下的密闭定容容器中发生反应2M(g)+N(g)=2E(g),若起始时充入2molE,达到平衡时气体的压强比起始时增大了20%,则E的转化率是40%;若开始时充入2molM和1molN,达到平衡后,M的转化率是60%。
②若是从一个方向建立的等效平衡,物质的转化率相同。
如恒温恒压容器中发生反应2E(g)=2M(g)+N(g),若起始时充入2molE,达到平衡时M的物质的量为0.8mol,则E的转化率是40%;若开始时充入4molE,达到平衡后M的物质的量为1.6mol,则E的转化率仍为40%。
2、平衡等效,各组分的物质的量不一定相同
①原料一边倒后,对应量与起始量相等的等效平衡,平衡时各组分的物质的量相等。
②原料一边倒后,对应量与起始量不相等(它们的比不等于1)的等效平衡,平衡时各组分的物质的量不相等,但各组分的物质的量分数相等。
3、平衡等效,热量不一定相同
例如:
对于2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)来说,在等温等容下,起始时将①2molSO2和1molO2;②2molSO3;③1.6molSO2;0.8molO2和0.4molSO3等分别充入体积相等的密闭容器中,达到平衡时,混合气体中SO2的百分含量均相等,达等效平衡。
如上述的平衡2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g)中,①是放出热量,②是吸收热量,③无论是吸热还是放热都与①②不同。
所以不同的投料方式,即使平衡等效,放出的热量值也不同,因为放出的实际热量与物质的实际变化量多少有关,还与反应的途径有关,而等效平衡只跟始态和终态有关。
二、充入气体化学平衡移动方向和转化率或百分数变化的问题
(一)充入气体化学平衡移动方向的问题
1、充入惰性气体情况
1.1 恒温恒容下,达到平衡后再充入惰性气体(或不参与反应的气体)时,反应体系内压强虽然增大,但各反应气体的分压没有变,浓度没有改变,所以正、逆反应速率没有改变,故平衡不移动。
1.2 恒温恒压下,达到平衡后再充入惰性气体(或不参与反应的气体)时,反应体系内压强瞬间增大,为了维持体系总压是恒压,务必扩大容积,这样会导致参与反应的各气体的分压变小,浓度改小,正、逆反应速率均变小,如果反应是△n(g)=0类型的反应,则正、逆反应速率同倍减小,故平衡不移动;如果反应是△n(g)≠0类型的反应,则用减压时勒夏特列平衡移动原理来判断移动方向。
2、充入参与反应的气体(反应物气体和生成物气体)情况
(1)相同倍数增加(或减少)时
①恒温恒容下,达到平衡后再充入(或减少)所有气体时,反应体系内各种气体按相同倍数增加(或减少)时,改变平衡的条件看做是压强,即可用改变压强条件来判断平衡移动的方向和新、旧平衡时反应物转化率的相对大小。
②恒温恒压下,达到平衡后再充入(或减少)所有气体时,反应体系内各种气体按相同倍数增加(或减少)时,平衡不移动,转化率不变,各百分含量不变。
(2)不是按相同倍数增加(减少)时
①无论是恒温恒容或恒温恒压下,平衡后再充入(或减少)所有气体时,反应体系各种气体不是按相同倍数增加(减少)时,先把这样的投料虚拟成二步充入(或减少),第一步先按相同倍数增加(或减少),此时按上述
(1)的方法判断平衡移动方向和转化率大小,第二步是把剩余的量当成增加(或减少)浓度来处理,从而判断平衡移动方向。
②无论是恒温恒容或恒温恒压下,平衡后再充入(或减少)某种气体(不是全部气体)时,就按增加(或减少)该物质的浓度来处理,从而判断平衡移动方向。
(二)充入气体后化学平衡转化率大小的问题
1、恒温恒容充入(或减少)反应气体,用虚拟途径法(即放大缩小法)来判断转化率或百分数大小。
1.1、若反应物只有一种时,如:
aA(g)
bB(g)+cC(g)增加A的量则平衡右移,A的转化率有如下关系:
①若a=b+c 转化率不变;②若a>b+c 转化率增大;③若a
1.2、若反应物不止一种时,如:
aA(g)+bB(g)
cC(g)+dD(g)
① 增加A的量则平衡右移,A的转化率减小而B的转化率增大。
② 若按原比例同倍数的增加反应物的A和B的量,平衡右移,转化率与计量数有如下关系:
若:
a+b=c+d 转化率不变;若:
a+b>c+d 转化率增大;若:
a+b 2、恒温恒压充入(或减少)反应气体,用虚拟容器合并法(即虚拟容器隔板法)来判断转化率或百分数大小。 1.1、若反应物只有一种时,如: aA(g) bB(g)+cC(g)增加A的量则平衡右移,A的转化率有如下关系: 无论a=b+c或a>b+c或a 1.2、若反应物不止一种时,如: aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g) ① 增加A的量则平衡右移,A的转化率减小而B的转化率增大。 ② 若按原比例同倍数的增加反应物的A和B的量,平衡右移,转化率与计量数有如下关系: 若: a+b=c+d或a+b>c+d或a+b 【例1】某温度下向1L密闭容器中充入1molN2和3molH2,使反应N2+3H2 2NH3达平衡,平衡混合气中N2、H2、NH3的浓度分别为M、N、G(mol/L).如果温度不变,只改变初始物质的加入量,要求M、N、G保持不变,则N2、H2、NH3的加入量用x、y、z表示时应满足的条件是: ①若x=0,y=0,则z=; ②若x=0.75mol,则y=,z=; ③x、y、z取值必须满足的一般条件是(用含x、y、z方程表示,其中一个含x、z,另一 个含y、z)。 若将上述条件改为恒温、恒压,其它均不变,则 a.若x=0,y=0,则z=; b.若x=0.75mol,则y=,z=; c.x、y、z取值必须满足的一般条件是。 解析因2molNH3完全分解时可得到1molN2、3molH2,故向同一容器中加入2mol NH3与加入lmolN2、3molH2的混合气的起始浓度状态完全相同。 ①z=0,y=0时,N2、H2的物质的量为0,z=2mol. ②z=0.75mol可认为是N2有0.25mol已反应掉,同时消耗H2为0.75mol,生成NH3 为0.5mol,故而y=3-0.75=2.25(mol),z=0.5mol。 ③依上述思路知,生成zmolNH3时必消耗 molN2, molH2,故而 如上述条件改为恒温、恒压,其它均不变时,只要n(N2)︰n(H2)=1︰3,n(NH3)为任意 值,均是同一平衡状态,故而 a.z=0,y=0时,z为任意值. b.z=0.75(mol)时,y=0.75×3=2.25(mol),z为任意值。 c.x︰y=1︰3,即y=3x时z为任意值. 【例2】4如右图所示,将4molSO2和2molO2置于体积可变的等压容 器中,在一定温度下发生反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),△H<0.该 反应达到平衡状态A时,测知气体的物质的量为4.2mol,SO2、O2、SO3的起始物质的量分别以现a、b、c表示. (1)向达到平衡状态A的容器中通入少量O2,体系中SO2的体积分数(填“增 大”或“减小”或“不变").要使SO2的体积分数再变到与平衡状态A相同,可采取的措施是或。 (2)若起始时a=1.2mol,B=0.6mol,且达到平衡后各气体的体积分数与平衡状态A相同,则起始时c的取值为。 (3)要使反应开始时向逆反应方向进行,且达到平衡后各气体的物质的量与平衡状态 A相同,则起始时c的取值范围为。 解析 (1)考查了勒夏特列原理的应用。 (2)考查了等效平衡中恒温恒压的情况。 只需加入的反应物的物质的量之比与反应方 程式中对应物质的计量数之比一致即可,C的取值为任意值。 (3)结合平衡计算考查反应方向及平衡移动的方向. 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 起始时物质的量4mol2mol0 转化的物质的量2xx2x 平衡时物质的量4-2x2-x2x 据题意有6-x=4.2,x=1.8mol,2x=3.6mol,3.6<C≤4时,方能满足使反应开始时向逆反应方向进行的条件. 答案 (1)“减小”通入适量的SO2或给体系升温 (2)任意值(3)3.6<C≤4 【基础题】 1、在一个固定体积的密闭容器中,加入2molA和1molB,发生反应: 2A(g)+B(g)3C(g)+D(g),达到平衡时C的浓度为Wmol/L,若维持容器体积和温度不变,按下列四种配比作为起始物质,达到平衡后,C的浓度仍为Wmol/L的是() A、4molA+2molBB、3molC+1molD+1molB C、3molC+1molDD、1molA+0.5molB+1.5molC+0.5molD 2、在450℃、5.05×107Pa时,如果把1体积N2和3体积H2的混合物通入一个装有催化剂的密闭容器中反应达到平衡时,得到含NH352%(体积分数)的混合气体。 在同温同压下向密闭容器中通入2体积N2和6体积H2,达到平衡时NH3的体积分数为() A、大于52%B、等于52%C、小于52%D、不能确定 3、在固定体积的密闭容器中,一定温度下,加入2molBr2,1molH2,发生反应: Br2(g)+H2(g)2HBr(g),到达平衡时,HBr质量分数为W%,在相同条件下,按下列情况充入物质到达平衡时,HBr的质量分数仍为W%的是() A、2molHBrB、3molHBrC、4molBr2+2molH2D1molBr2+2molHBr 4、在一定温度下的容积固定的密闭容器里充入1molC和1mol水蒸气,发生反应: C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。 当反应达到平衡时,测得水蒸气的浓度为Wmol/L,如果起始按下列配比填料,平衡时水蒸气的浓度不为Wmol/L的是() A、2molC+1molCO+1molH2B、1molCO+1molH2 C、2.5molC+2molH2O(g)D、0.5molH2O(g)+0.5molH2+0.5molCO+0.5molC 5、可逆反应A(g)+B(g) 2C(g)在固定容积的容器中进行,如果向容器中充入1molA和1molB,在某温度下达到平衡时,C的体积分数为m%;若向容器中充入1molC,在同样的温度下达到平衡时,C的体积分数为n%,则m和n的关系正确的是() A.m>nB.m 6、在一密闭的容器中充入2molA和1molB发生反应: 2A(g)+B(g) xC(g),达到平衡后,C的体积分数为w%;若维持容器的容积和温度不变,按起始物质的量A: 0.6mol、B: 0.3mol、C: 1.4mol充入容器,达到平衡后,C的体积分数仍为w%,则x的值为() A.只能为2B.只能为3 C.可能为2,也可能为3D.无法确定 7、体积相同的甲、乙两个容器中,分别充有等物质的量的SO2和O2,在相同温度下发生反应: 2SO2+O2 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的转化率为() A.等于p%B.大于p%C.小于p%D.无法判断 8、在相同温度下,有相同体积的甲、乙两容器,甲容器中充入1gN2和1gH2,乙容器中充入2gN2和2gH2。 下列叙述中,错误的是() A.化学反应速率: 乙>甲B.平衡后N2的浓度: 乙>甲 C.H2的转化率: 乙>甲D.平衡混合气中H2的体积分数: 乙>甲 9、某恒温恒压下,向可变容积的密闭容器中充入3LA和2LB,发生如下反应: 3A(g)+2B(g) xC(g)+yD(g)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w%,则x,y的值分别为() A.x=3,y=1B.x=4,y=1C.x=5,y=1D.x=2,y=3 10、在一定温度下,把2molSO2和1molO2通过一个一定容积的密闭容器里,发生如下反应: 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。 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分别代表初始时SO2、O2和SO3的物质的量(mol),若a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的关系才能保证达到平衡,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同,填写下列空白: (1)若a=0,b=0,则c=。 (2)若a=0.5,则b=,c=。 (3)若a、b、c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); 【能力题】 11、 甲、乙两容器,甲的容积固定,乙的容积可变。 在一定温度下,向甲中通入3molN2和4molH2,反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为amol。 (1)相同温度下,向乙中通入2molNH3,且保持容积与甲相同,当反应达到平衡时,各物质的浓度与甲平衡中相同。 起始时乙中还通入了____molN2和____molH2。 (2)相同温度下,若向乙中通入6molN2和8molH2,且保持压强与甲相等,当反应达到平衡时,生成氨的物质的量为bmol,则a∶b______1∶2;若乙与甲的容积始终相等,达到平衡时,生成氨的物质的量为cmol,则a∶c_____1∶2(填“>”、“<”或“=”)。 12、在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中,保持一定温度和压强,进行以下反应: N2+3H2 2NH3。 已知加入1molN2和4molH2时,达到平衡后生成amolNH3(见下表已知项)。 在相同温度、压强下,保持平衡时各组分的体积分数不变。 对下列编号①~③的状态,填写表中空白。 已知 编号 起始状态物质的量n/mol 平衡时NH3的物质的量 n/mol N2 H2 NH3 1 4 0 a ① 1.5 6 0 ② 1 0.5a ③ m g(g≥4m) 13(2003广东)I.恒温、恒压下,在一个可变容积的容器中发生如下发应: A(气)+B(气) C(气) (1)若开始时放入1molA和1molB,到达平衡后,生成amolC,这时A的物质的量为mol。 (2)若开始时放入3molA和3molB,到达平衡后,生成C的物质的量为mol。 (3)若开始时放入xmolA,2molB和1molC,到达平衡后,A和C的物质的量分别是ymol和3amol,则x=mol,y=mol。 平衡时,B的物质的量(选填一个编号) (甲)大于2mol(乙)等于2mol (丙)小于2mol(丁)可能大于、等于或小于2mol 作出此判断的理由是。 (4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molC,待再次到达平衡后,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1molA和1molB到达平衡后生成bmolC。 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a和b的大小 作出此判断的理由是。 【易错题】 14、在固定体积的容器中加入1molN2O4发生如下反应N2O4 2NO2当达到平衡时保持温度不变再充入1molN2O4气体,则平衡向移动? N2O4转化率如何变化? 15、一定温度下,向一固定体积为V的容器中加入4molNO2.发生如下反应: 2NO2 N2O4当达到平衡时,保持温度不变再充入1molNO2气体,则平衡向移动? NO2的转化率如何变化? 16、在一固定体积为V的容器中,加入1molA和1molB发生如下反应: A(g)+B(g) 2C(g)达到平衡后: (1)如果再加入1molA则平衡向移动? 平衡时B的转化率如何变化? A的的转化率如何变化? (2)在反应 (1)的基础上再加入1molB则平衡向移动? 平衡时A的转化率如何变化? B的的转化率如何变化? (与反应 (1)相比较) (3) (2)的平衡状态与原平衡状态相比,A、B的转化率如何变化? 17、在TK、pkPa时,向体积为VL的密闭容器内充入1molA和1molB.保持恒温恒压,反应A(g)+B(g) C(g)达到平衡时C的体积分数为40%.使温度和压强在上述条件下恒定不变,若向密闭容器中充入2molA和2molB,则反应达到平衡时容器的体积为,C的体积分数为。 参考答案 1CD2B3CD4C5C6C7B8D9C 10、答案: (1)2 (2)0.251.5(3)a+c=22b+c=2 11、 (1)当乙的容积与甲保持相同时,要达到等效平衡,则应满足乙中的投料量与甲中相等,将2molNH3全部归到平衡的左边相当于1molN2与3molH2,因此还差2molN2和1molH2。 (2)当乙的压强与甲保持相同时,只要乙的投料方式中N2和H2的物质的量之比与甲中相等即可达到等效平衡。 因此向乙中通入6molN2和8molH2,达到平衡时,生成氨的物质的量浓度与甲中相等,而氨的物质的量物质的量b=2a,所以a∶b=1∶2;若乙的容积与甲保持相等,则相当于在原平衡的基础上使压强增大2倍,则平衡要向右移动,所以平衡时氨的物质的量物质的量c>2a,即a∶c<1∶2。 12、对于一般的可逆反应,在恒温恒压条件下,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后,与原平衡等效。 ①因为从题干可知n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡=1∶4∶a,所以①状态下n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡=1.5∶6∶1.5a。 ②起始状态时,有1molNH3,则相当于起始时有N2和H2分别为0.5mol和1.5mol,按n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡=1∶4∶a,可得②状态时n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)平衡=0.5∶2∶0.5a,所以原有N2和H2分别为0和0.5mol。 ③设起始时n(NH3)为xmol,则相当于N2和H2总量分别为(m+ )mol和(g+ )mol,则(m+ )∶(g+ )=1∶4,即可得x=2(g-4m) 设为n(NH3)平衡ymol,可得: 4∶a=(g+ )∶y,即: y=(g-3m)·a。 13、 (1)(1-a) (2)3a(3)23-3a丁若3a>1,B的物质的量小于2mol;若 ,B的物质的量等于2mol;若3a<1,B的物质的量大于2mol (4) (5)乙因为(5)小题中容器容积不变,而 (1)小题中容器的容积缩小,所以(5)小题的容器中的压力小于 (1)小题容器中的压力,有利于逆向反应,故反应达到平衡后a>b。 14、平衡向正反应方向移动、N2O4转化率减小 15、平衡向右移动、NO2转化率增大 16、 (1)加入A则增大反应物浓度,平衡正反应方向移动,B的转化率增大,A的转化率减小。 (2)再加入B则平衡向正反应方向移动,A的转化率增大,B的转化率减小。 (3)若与原平衡相比,则A、B的转化率不变。 17、原文解析略答案: 40%
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