化学等效平衡规律探究

1、.化学等效平衡规律探究西安市庆安中学 王昆章一、等效平衡概念化学平衡状态与条件息息相关，而与建立平衡的途径无关。对于同一可逆反应，在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，以不同投料方式（即从正反应、逆反应或从中间状态开始）进行反应，只要达到平衡时相同组分在各混合物中的百分数（体积、物质的量或质量分数）相等，这样的化学平衡即互称为等效平衡。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。二、等效平衡规律规律：恒温恒容条件下1. 恒温恒容时，对一般的可逆反应，不同的投料方式如果根据化学方程式中计量系数比换算到同一边时，反

2、应物（或生成物）中同一组分的物质的量完全相同，则互为等效平衡。此时一般不考虑反应本身的特点，计算的关键是换算到同一边后各组分要完全相同。【范例1】定温定容下，可逆反应N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)按下列四种不同投料方式达到平衡后，N2的体积分数都相等，请填写下面的空格。 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 3 0 a等效于（投料2）/ mol： 0 等效于（投料3）/ mol： 4/3 等效于（投料4）/ mol： a b c a、b、c取值必须满足的一般条件是（用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b

3、和c）： 、 。【解答】换算的基本思路是：将最初的投料方式看成起始量，其它的投料方式看成由起始量经过反应而得来。即根据已知的一个量求出各组分消耗或生成的量，然后由起始量减去消耗的量或加上生成的量，就可得到其它投料方式中各组分的值。 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 3 0 a等效于（投料2）/ mol： 0 x1 y1 n1(平)等效于/ mol： 0y1/2 x13y1/2 0等效于（投料3）/ mol： x2 y2 4/3 n2(平)等效于/ mol： x2 × y2 0等效于（投料4）/ mol： a b

4、c n3(平)等效于/ mol： ac/2 b3c/2 0根据换算到同一边时，反应物（或生成物）中同一组分的物质的量与起始量完全相同，得0y1/21，x13y1/23，得x10，y12，n1(平)a x22/31，y223，得x21/3，y21，n2(平)a ac/21，b3c/2 3，n3(平)a 。 所以a、b、c取值必须满足的一般条件为：ac/21，b3c/23。2. 恒温恒容时，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，不同的投料方式如果根据化学方程式中计量系数比换算到同一边时，只要反应物（或生成物）中各组分的物质的量的比例相同，即互为等效平衡。此时的反应特点是无体积变化，计算的关键是换算

5、到同一边后各组分只需要物质的量之比相同即可。在具体分析中，有两种情况需要注意：最初投料方式与化学方程式计量系数比不一致时。【范例2】定温定容下，可逆反应H2(g) + I2(g) 2HI(g)按下列四种不同投料方式达到平衡后，H2的体积分数都相等，请填写下面的空格。H2(g) + I2(g) 2HI(g) 平衡时n（HI）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 2 0 a等效于（投料2）/ mol： 0 1 等效于（投料3）/ mol： 0 1 等效于（投料4）/ mol： a b c a、b、c取值必须满足的一般条件是 。【解答】H2(g) + I2(g) 2HI(g) 平衡时n（HI）/

6、mol起始量（投料1）/ mol： 1 2 0 a等效于（投料2）/ mol： 0 x 1 n1(平)等效于/ mol： 01/2 x1/2 0 等效于（投料3）/ mol： 0 1 y n2(平)等效于/ mol： 0y/2 1y/2 0 等效于（投料4）/ mol： a b c 等效于/ mol： ac/2 bc/2 0 根据换算到同一边后只需要各组分物质的量之比与起始量相同，得，x ； 平衡时： ，得n1(平)a/2 ，y2； 平衡时： ，得n2(平)a a、b、c取值必须满足的一般条件是： ，得b2ac/2 最初投料方式与化学方程式计量系数比一致时。【范例3】定温定容下，可逆反应H2(

7、g) + I2(g) 2HI(g)按下列四种不同投料方式达到平衡后，H2的体积分数都相等，请填写下面的空格。H2(g) + I2(g) 2HI(g) 平衡时n（HI）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 1 0 a等效于（投料2）/ mol： 0 等效于（投料3）/ mol： 1.5 等效于（投料4）/ mol： 1 【解答】 H2(g) + I2(g) 2HI(g) 平衡时n（HI）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 1 0 a等效于（投料2）/ mol： 0 x1 y1 n1(平)等效于/ mol： 0y1/2 x1y1/2 0等效于（投料3）/ mol： x2 1.5 y2 n

8、2(平)等效于/ mol： x2y2/2 1.5y2/2 0等效于（投料4）/ mol： x3 y3 1 n3(平)等效于/ mol： x31/2 y31/2 0根据换算到同一边后只需要各组分物质的量之比与起始量相同，得，得x10，y10，平衡时： ，n1(平) ，得x21.5，y20，平衡时： ，得n2(平) ，得x3y30，平衡时： ，得n3(平) 由上述讨论可知，最初投料方式与化学方程式计量系数比不一致时，各投料方式中的结果都是唯一值，而如果最初投料方式与化学方程式计量系数比一致时，各投料方式中的结果不一定是唯一值。【范例4】在恒容的密闭容器中，充入2molA和1molB的气体后发生反应

9、：2A(g)+B(g) xC(g)。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为起始物质的量，达到平衡后，C的体积分数仍为W。则x值可能为（ ） A 1 B 2 C 3 D 4【解答】此题关键是分析要全面。若反应前后体积不相等，则两种投料方式换算到同一边后各组分应完全相同（即恒温恒容时一般可逆反应的等效平衡换算）： 2A(g) + B(g) xC(g)起始量/mol： 2 1 0等效于/mol： 0.6 0.3 1.4等效于/mol： 0.61.4× 0.31.4× 00.61.4× 2 ， 0.31.

10、4× 1，得x2若反应前后气体体积不变（即3），等效平衡只需要两种投料方式换算到同一边后各组分比例相同即可（恒温恒容时分子总数不变的可逆反应的等效平衡换算）。而1.4mol换算到反应物后，与的物质的量之比为 ，与起始量的投料比相同，故x3成立。选BC。规律：恒温恒压条件下：在恒温恒压时，可逆反应以不同的投料方式进行反应，如果根据化学方程式中计量系数比换算到同一边时，只要反应物（或生成物）中各组分的物质的量的比例相同，即互为等效平衡。此时计算的关键是换算到一边后只需比例相同即可，并对反应特点没有要求。在具体分析中亦有两种情况需要注意：1. 最初投料方式与化学方程式计量系数比不一致时。【

11、范例5】在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)。已知加入1molN2和4molH2时，达到平衡后生成amol，在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。请填写下面的空格。N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 4 0 a等效于（投料2）/ mol： 1.5 6 0 等效于（投料3）/ mol： 1 0.5a 等效于（投料4）/ mol： m g（g4m） 【解答】 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 平衡时n（NH3）/mol起始量

12、（投料1）/ mol： 1 4 0 a等效于（投料2）/ mol： 1.5 6 0 n1(平) 等效于（投料3）/ mol： x y 1 0.5a 等效于/ mol： x1/2 y3/2 0 等效于（投料4）/ mol： m g（g4m） z n2(平)等效于/ mol： mz/2 g3z/2 0根据换算到同一边后只需要各组分物质的量之比与起始量相同，得，得n1(平)1.5a ， ，得x0，y0.5，得z2（g4m），平衡时： ，得n2(平)（g3m）a2. 最初投料方式与化学方程式计量系数比一致时。【范例6】在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：N2(g)

13、 +3H2(g) 2NH3(g)。已知加入1molN2和3molH2时，达到平衡后生成amol，在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变。请填写下面的空格。N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 3 0 a等效于（投料2）/ mol： 2 6 等效于（投料3）/ mol： 1 等效于（投料4）/ mol： a b c a、b、c取值要满足的条件是： 【解答】 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 平衡时n（NH3）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 3 0 a等效于（投料2）/ mol： 2 6 x n1

14、(平)等效于/ mol： 2x/2 63x/2 0等效于（投料3）/ mol： y z 1 n2(平)等效于/ mol： y1/2 z3/2 0等效于（投料4）/ mol： m n q n3(平)等效于/ mol： mq/2 n3q/2 0根据换算到同一边后只需要各组分物质的量之比与起始量相同，得，得x0，平衡时： ，得n1(平) ，得z3y，y0，平衡时： ，得n2(平) ，得n3m，m0，q0，平衡时： ，得n3(平) a、b、c取值要满足的条件是：n3m，m0，q0。由上述讨论可知，最初投料方式与化学方程式计量系数比不一致时，各投料方式中的结果都是唯一值，而如果最初投料方式与化学方程式计

15、量系数比一致时，各投料方式中的结果不一定是唯一值。【范例7】（2003年江苏卷）:恒温、恒压下，在一个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1molA和1molB，达到平衡后，生成a molC，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x molA、2 molB和1 molC，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 。甲：大于2mol 乙：等于2mol丙：小于2mol 丁：可能大于、等于或小于2mol做出此判断的

16、理由是 (4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molC，待再次达到平衡后C的物质的量分数是 。：若维持温度不变，在一个与（）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 。甲：ab 乙：ab丙：ab 丁：不能比较a和b的大小做出此判断的理由是 。【解析】恒温恒压下：A(g) + B(g) C(g) 平衡时n（C）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 1 0 a等效于（投料2）/ mol： 3 3 0 x （1）根据方程式可算出n（A）（1a）。（2）恒温恒压时与（1）为等效平衡。设平衡时生

17、成C的物质的量为xmol，根据 ，得x3a。（3） A(g) + B(g) C(g) 平衡时n（C）/mol起始量（投料3）/ mol： x 2 1 3a等效于/ mol： x1 21 0 3a等效于（投料2）/ mol： 3 3 0 3a平衡时 33a 33a 3a故x13，x2。平衡时A的物质的量y33a，B的物质的量也为33a，由于不知道a的大小，所以无法判断33a与2的大小关系，故选丁。（4）恒温恒压时再投入3molC，换算至反应物后各组分的比值没变，与前面的（1）、（2）、（3）都互为等效平衡，C的物质的量分数不变，即可用最简洁的（1）中投料方式计算C的物质的量分数：（5）起始量A、B的物质的量虽与（1）中相同，但（1）是恒压情况，该反应又是体积