等效平衡专题-教案

1、等效平衡适用学科高中化学适用年级高中三年级适用区域全国通用新课标版课时时长(分钟)60分钟知识点化学平衡的移动平衡移动原理浓度、压强对平衡移动影响的几种特殊情况等效平衡原理、规律和应用化学平衡计算的一般思路教学目标知识与技能：1、掌握化学平衡的移动规律2、理解等效平衡原理、规律和应用过程与方法：培养学生观察、分析、整理、归纳总结、探究等能力情感态度与价值观：引导学生根据已有的知识经验，分析推理出新的知识。教学重点等效平衡原理、规律和应用教学难点等效平衡原理、规律和应用教学过程一、复习预习1、化学平衡移动原理的内容是什么2、影响平衡移动的外界因素有哪些二、知识讲解考点1等效平衡定义对同一可逆反应

2、，在一定条件下(常见的为恒温恒容或恒温恒压)，起始投料方式不同(从 正、逆或中间等方向开始)，若达到的化学平衡同种物质的百分含量均相同，这样的平衡状 态互称为等效平衡。考点2等效平衡的常见分类和状态以如下反应为例：mA(g)+nB(g) = pC(g)+qD(g)(1)如果 m+rp5 p+q恒温恒容：使用极限转化分析法，一边倒后相同起始物质的物质的量相等。达到平衡后各物质浓度相等，百分含量相等，体积没变化，压强没有变化，达到平衡后正逆反应速率相同。 唯一不同的是根据投料方式的不同会导致反应热不同。恒温恒压：一边倒后相同起始物质的物质的量之比相等。达到平衡后各物质浓度相等，百分含量相等，体积可

3、有变化，压强没有变化，达到平衡后正逆反应速率相同。根据投料的量和方式的不同会导致反应热不同。(2)如果 m+n = p+q一边倒后相同起始物质的物质的量之比相等。恒温恒压的话，达到平衡后体积未必相等； 恒温恒容的话，除了体积相等，达到平衡后各物质浓度、压强、正逆反应速率都可能不同。两种情况下反应热根据投料的量和方式的不同而不同。比较见下表1.表1 反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)的等效平衡状态分析表等效平衡效 果等效 平衡 分类反应 分类反应 条件 (恒温)投料方式(一边倒 后，相同 物质)和原平衡相比形成不等 效平衡的 单一条件浓度压强正逆反应速率体积反应热同种 物质 的百

4、 分含 量相 同“ 一模一 样”(1)，m+n手p+q恒容必须物质 的量相等相等相等根据投料 方式的不T变化，平 衡移动。P 和C变化， 则看Q/K=1 与否，不等 则平衡发 生移动同向不同“比 例相 同“恒压物质的量 之比相等 即可未必 相等根据投料 的里和方 式的不同(2)m+n=p+q恒容未必相等可同等程 度变化相等们不同考点3等效平衡解题建模过程对于反应Na(g) +3Ha(g) =2NH(g),按照、的投料方式进行反应,(1)恒温恒容下，则所能达到等效平衡的状态为：二毛。为或、进行加压后的情况，对于这种vg<0的情况，压强增大，平衡向正方向 1 mol N23 mol H21

5、mol N 23 mol H2移动，N 2转化率升高。1 mol N2 3 mol H2(2)恒温恒压下，则所能达到等效平衡的状态为：二二。对于反应H(g) +I 2(g) |=2HI(g)按照、的投料方式进行反应,(3)恒温恒容下、恒温恒压下，则所能达到等效平衡的状态为：二二卷。基于上面几种类型的建模过程，对照表1可进行分析能量变化等情况，再应用于解题。三、例题精析【例题11【题干】2.0molPCl 3和1.0molCl 2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生下述反应PCl3(g) +Cl 2(g)pci5(g),达到平衡时，PCl 5 为 0.4mol ,如果此时移走 1.0mol

6、P Cl 3和0.5mol Cl 2,在相同温度下再达到平衡，PC15的物质的量为()。A. 0.4mol B. 0.2mol C.小于 0.2mol D. 大于 0.2mol ,小于 0.4mol【答案】C【解析】此题属于恒温恒容，ygv。移走后，相当于一开始就是1.0mol PC13和0.5mol CI2 在反应。若平衡不移动，PC15为0.2 mol。若用虚拟隔板将体积压缩为一半，则移走前后互为等效平衡。实际情况是要把隔板抽掉，压强变小，平衡左移，选 a【例题2】【题干】温度为T时，向2.0L恒容密闭容器中充入 1.0 molPCl5,反应PCl5(g)PCl3(g)+ Cl 2(g)经

7、一段时间后达到平衡。反应过程中测定的部分数据见下表:t/s050150250350n(PCl 3)/ mol00.160.190.200.20下列说法正确的是A.反应在前 50 s的平均速率为 v (PCl3) =0.0032 mol ?L-1?s-1B.保持其他条件不变，若升高温度，平衡时， c (PCl3) =0.11 mol ?L-1 ,则反应为放热反 应C.相同温度下，起始时向容器中充入1.0molPCl 5、0.20molPCl 3和0.20molCl 2,达到平衡前v(正)>v(逆)D.相同温度下，起始时向容器中充入2.0molPCl 3、2.0molCl 2,达到平衡时，P

8、Cl3的转化率小于80%【答案】C【解析】此反应初始平衡状态用三行式分析如下：PCl5(g) PCl3(g) + Cl 2(g)C0 (mol/L ) 0.500C变(mol/L) 0.10.10.1C平(mol/L) 0.40.10.1A、由表中数据可知 50s内，An (PCl3) =0.16mol , 根据v= n2V7计算 v ( PCl3);日由表中数据可知，平衡时 n (PCl3) =0.2mol ,保持其他条件不变，升高温度，平衡时，c (PCl3) =0.11 mol/L ,则 n' ( PCl3) =0.22mol ,根据平衡时 n (PCl3),判断平衡移动方 向，

9、升高温度平衡向吸热反应方向移动；C.先求得平衡常数 K=(0.1 ) 2/0.4=0.025 ,再求相同温度下，更换投料方式后的浓度商Qc=(0.1 ) 2/0.5=0.02, Qc < K,相当于在原来的平衡基础上增大了反应物的浓度(原平衡状态即为参照系)，正逆反应速率均增大，要达到新的平衡分子应减小，分母应增大，平衡向正反应方向移动，达到平衡前v(正)>v(逆)。D.本题原平衡中PC15的转化率为20%采用一边倒的极限转化分析，若投料方式从逆向开始，则转化率为80%先建立原容器体积的两倍的模型，可得等效平衡的参照系，再把容器压缩为原容器，则平衡向逆反应方向移动，PC13的转化率

10、应大于 80%【例题3】【题干】向体积不变的密闭容器中充入 2 mol N 2和6 mol H 2, 一定条件下发生反应： Nk(g) + 3H2(g) =2NH(g),平衡时混合气体共 7 mol。令a、b、c分别代表N2、H2、NH起始加 入的物质的量，维持温度不变，使达到平衡时各成分的百分含量不变。则：若 a=0, b= 0,则 c=;(2)若a=0.7 , b=2.1，则：c =这时反应向 进行；若要维持反应开始时即向该反应方向进行，c的取值范围是 ;(3)欲使起始反应维持向正方向进行，则 b的取值范围是 。【答案】 c=4; (2) c =2.6,起始量 5.4mol(0.7mol

11、+ 2.1mol + 2.6mol) < 7mol, 向生成气体更多物质的量的逆向进行。 为了维持反应开始向逆向进行， c： 1<c< 4。(3) b: 4.5<b <60【解析】根据题意，可以列三行式求得达到平衡时平衡时各成分的物质的量，设平衡时N2转化了 x mol ,N2(g) + 3H2(g)2NH(g)nc (mol)260n 变(mol)x 3x 2xn 平(mol) 2 x 6 3x 2x依题意：(2x)+(6 3x) +2x=7, x= 0.5。该题属于恒温恒容， Vgw0, 一边倒后跟起始投料量完全一致时才能够达到等效平衡。可 利用极限转化(极转

12、)的思维进行分析。N2+ 3H 22NHn (原始投料/mol )260n (其他投料/mol ) a b cn (等效平衡投料 /mol ) a+c/2=2 b+3c/2=6 0n (平衡投料 /mol )1.54.51n (逆向投料/mol )004解得(1) c=4; (2) c = 2.6 ,起始量 5.4mol(0.7mol + 2.1mol + 2.6mol)< 7mol,向生成气体更多物质的量的逆向进行。为了维持反应开始向逆向进行，c： 1<cW4。(3) b:4.5<b <60四、课堂运用【基础】1 .在一密闭的容器中充入 2 mol A和1 mol B

13、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：资料0.3 mol、C: 1.4 mol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2日只能为3C可能为2,也可能为3D无法确定【答案】C【解析】包括两种情况。若x 等于3，则这一反应是一个前后气体体积不变的类型，因此只要满足第二种投料方式中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第一种投料方式相等即可达到等效平衡。若x 不等于3，则须满足第二种投料方式中通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的

14、物质的量与第一种投料方式完全相等，才能使两平衡等效。2 . 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3 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的体积分数小于a%勺是()A、 2 mol CB、 2 mol A 和 1 mol BC、 1 mol B 和 1 mol CD、 2 mol A 、 3 mol B 和 3 mol C【答案】C【解析】由于压强改变对平衡移动无影响，故平衡后A的体积分数只与起始加入的A B物质的量之比有关。假设反应都向逆反应进行到底，按四种配比

15、加入起始物质，可等效转换成起始加入A、 B 的物质的量之比为：A. n(A) : n(B) =2 ： 1 B . n(A) : n(B) = 2 ： 1C. n(A) : n(B) = 1 ： 2 D . n(A) : n(B) = 1 ： 1平衡后A的体积分数为a%寸，起始加入的A、B物质的量之比为1 ： 1。若平衡后A的体 积分数小于a%则起始加入 A、B的物质的量之比应小于 1 ： 1。3.已知：H2(g) + I2(g)2HI(g) A H<0。有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol,乙中加入HI 0.2 mol,相同温度下分别达到平衡。欲使甲中HI的

16、平衡浓度大于乙中HI 的平衡浓度，应采取的措施是()A、甲、乙提高相同温度B>甲中加入0.1 mol He ,乙不变C甲降低温度，乙不变D 甲增加 0.1 mol H2 ,乙增加 0.1 mol I2【答案】C【解析】0.2 mol HI 相当于H2、 I2 各 0.1 mol ，所以甲、乙在题述情况下达到的平衡是等效的。A项，甲、乙提高相同温度，仍等效；B项，甲中加入0.1 mol He对反应无影响；C项，甲降低温度，平衡右移，HI的浓度增大；D项，甲增加0.1 mol H2,乙增加0.1 mol I2 , 平衡都向右移动，HI 的浓度都增大。【巩固】1.已知 2SO (g) + O

17、2 (g)2SO3 (g) ; AH = 197 kJ - mol 向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲)2 mol SO和1 mol Q;(乙)1 mol SO和0.5 mol Q ;(丙)2 mol SO 3。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. SO的质量 m： m甲=m丙 2m乙C. c(SO2)与c(O2)之比k：女甲=卜丙 k乙D.反应放出或吸U热量的数值Q: Q甲=Q丙 2Q乙【答案】B【解析】 恒温恒容， Vgw0,投料要一边倒后相等才是等效平衡，甲、丙属于此类，只是 能量变化完全相反。隐含的关系为lQ甲l+

18、lQ丙l=197 ,转化率不一定为50%所以Q甲不一定等于Q丙，D错，而平衡时 m甲 = m丙是正确的。把甲装置用虚拟隔板均分两部分，其中 一部分可作为参照系，之与乙的投料方式互为等效平衡，可见乙容器的真实状态是体积增大，压强变小，平衡向生成更多的气体即逆向移动。如果平衡不移动则 SQ的质量：m甲=2m乙，实际m甲2m乙，B对；若不移动压强：P甲=2P乙，实际P甲2P乙，A错；c(SOz)与c(Oz) 之比k:因为投料比和变化都正好成比例，所以不管什么反应状态下， 都有k甲=k丙二女乙，C错。2.有甲、乙两个完全相同的容器， 发生反应A(g) + 2B(g)= 2C(g)，向甲容器中加入1mo

19、lA(g) 和4molB(g),在一定条件下达到平衡时的热效应(吸热或放热)为 Q在相同条件下向乙容 器中加入2molc(g)和2molB(g),达到平衡时的热效应(放热或吸热)为4Q则甲容器中B的转化率为。【答案】10%【解析】 恒温恒容，两个等效平衡状态。A(g) + 2B(g)= 2C(g) Hn 甲(mol)140 Qn 乙(mol)022 4Qn 乙(极转)(mol) 140此题隐含的关系式为，1molA和2molB完全反应的热量变化为 I5QI ,所以甲中a (B)=" (A) X (1/2) = (Q/5Q) X100%X (1/2 ) =10% 【拔高】1 .向体积可

20、变的密闭容器中充入 2 mol Nk和6 mol Hk, 一定条件下发生反应： N2(g) + 3H2(g) 二2NH(g),平衡时混合气体共7 mol。令a、b、c分别代表N2、H2、NH起始加入的物质的量，维持温度不变，使达到平衡时各成分的百分含量不变。则：(1)若 a = 0, b=0,则 c =;若 a = 0.7 , b = 2.1 , c=;(2)若初始投入量为 a=1, b=4,能否达到跟上述平衡的等效平衡状态？【答案】(1) c均为任意值。(2)不能。【解析】此题为恒温恒压，由于体积可变，只需要起始投入量一边倒后等比例即可达到等效 平衡。这两个平衡状态各种物质的浓度相等，容器的

21、体积和原平衡的体积成倍数关系。2 .某温度下，H2 (g) +CO2(g)H2O (g) +CO(g)的平衡常数 K=9/4 .该温度下在甲、乙、丙 三个恒容密闭容器中，投入H2 (g)和CO2 (g),其起始浓度如右表所示。下列判断不正确的是A、平衡时，乙中 CO2的转化率大于 60%日 平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60%C 平衡时，丙中 c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol/LD反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢【答案】C【解析】一般说来，如果选择题中涉及到计算，这样的选项可以最后考虑。首先看D选项，因为丙中反应物的起始浓度是甲中反应物起始浓度的2倍，因此反应

22、速率丙大于甲，乙居中，但甲和丙的转化率是相等的，且丙中反应的H2和CO2是甲中的2倍；乙可以看作是在甲的基础上多加了 H2,平衡向右移动了，因此乙中CO2的转化率大于甲中 CO2的转化率，这样初断定AB刖正确，C错误。再通过平衡常数来计算转化率和平衡时c(CO2),进一步确认。课程小结解决等效平衡的问题，主要是找到等效平衡的参照系，进行与基本等效平衡类型建模比较分析。表1把能量变化纳入平衡移动的角度来分析，不难理解为何近年考题热衷这个综合的角度，这非常有利于全面理解化学反应原理，培养学生严谨求实的科学态度，与课程标准要求一致。课后作业【基础】1 .保持恒温、恒容，在某密闭容器中发生反应：2A(

23、g) +2B(g) kC(g) +3D(g).现分别从两条途径建立平衡：I 从正反应开始，A、B的起始物质的量均为 2 mol; n从逆反应开始，C、D的起始物质的量分别为 2 mol和6 mol。以下叙述中正确的是( )A. I、n两种途径从反应开始到平衡状态所消耗的时间相同B. I、n两种途径从反应开始到平衡状态的过程中，体系的总密度始终保持不变C. I、n两途径最终达到平衡时，体系内A的物质的量分数相同D. I、n两途径最终达到平衡时，体系内 A的浓度相同【答案】BC【解析】本题属于等效平衡，即在恒温、恒容条件下，对于反应前后气体分子数不改变的可逆反应，只要起始时加入反应物(或生成物)的

24、物质的量的比值与原平衡相同，则两平衡等效.这种等效平衡的结果是各物质所占的百分比相同，而物质的量和浓度成比例。2 .甲、乙两恒温容器开始时压强相同，分别充入甲：2 molA +1 molB ,乙：1.4mol A +0.7mol B +0.6 mol C ,发生反应 2A (g) +B (g)x C(g)。达到平衡时两者中 C的体积分数相同。(1)若甲、乙均为恒容容器，则 x =；(2)若甲、乙均为恒压容器，则 x =;C的量较多是(3)若x =3,甲为恒容容器，乙为恒压容器，则平衡时两者中【答案】(1) 2 (2)任何正整数(3)甲【解析】(1)根据恒温恒容 An(g) w 0 ,艮Xw 3

25、,将物质折为一侧，对应物质的物质的量 (n)均相等。故有资料+ B (g)0.7 mol工 mol或0.7 + 工2A (g)起始：1.4mol转化：工mol所以：1.4 + 丁 = 2V x C(g)0.6 mol0.6 mol=1解得：x = 2又根据恒温恒容时，当 An (g) = 0, x =3时，0.6 mol C 分解成0.4molA与0.2molB ,即折为一侧后， n(A)=1.4mol + 0.4mol = 1.8 mol , n(B)=0.7mol + 0.2mol = 0.9 mol ,显 然，n(A) ： n(B)=2:1 ,同样符合要求。(2)恒温恒压时起始 A B的

26、物质的量之比 2:1,且不论x为何值，也不论 C为多少，C 分解生成的A、B的物质的量之比都是 2:1，则n(A): n(B)恒为2:1，符合恒温恒压时的要求。 此时x为任何正整数。(3)若x = 3,甲、乙均成为恒温恒太容器，起始时甲充入2 molA +1 molB ,乙中折为一侧可看成充入 1.8 molA +0.9 molB, 显然n(A) : n(B) = 2:1 ,二者是等效平衡，甲中 C 的量多。【巩固】1 . 一定条件下存在反应： CO(g)+HO(g) CO(g) +Hb(g),其正反应放热。现有三个相同 的2L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器I、II、III ，在I中充

27、入1molCO和1molHbO, 在II中充入1molCQ和1mol H2,在III中充入2molCO和2molHQ, 700c条件下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是A.容器I、II中正反应速率相同B.容器I、III中反应的平衡常数相同C.容器I中CO的物质的量比容器II中的多D.容器I中CO的转化率与容器II中CO的转化率之和小于1【答案】CD【解析】属于恒容不恒温， Vg=0,容易错误地套用上述常规分类进行分析错答为AR不过仍然可以用建立“等效平衡参照系”的方法进行综合分析。700 C, 2L:CO(g)+ H2O(g) -CO(g) + H2(g)A Hv 0I ( mol/L )

28、II (mol/L )III (mol/L )0.5 0.50011000.5 0.500先分析I和II。设I在温度不变时达到的平衡状态为参口系，达到平衡时温度高于700C。容器II从逆向即吸热方向开始反应，达到的平衡状态容器II温度小于700C,最终为不等效平衡，v正(I) wv正(II )。相对参照系，容器I平衡逆向移动，容器II平衡正向移动， 容器I中CO的物质的量比容器II中的多，a (CO、a (CO)均相应减小。若温度恒定， 容器I、II等效，a (CO +a (CO) =1,温度可变则小于 1。A错C、D正确。容器III可 看成两个容器I叠加并压缩为一半， 各物质浓度增加一倍，若

29、温度恒定，则平衡不移动；恒 容绝热下，容器III中温度比容器I高，平衡逆向移动，故 K(III) <K(I) 。 B错。2 .向某密闭容器中充入 1 mol CO和2 mol H2O(g),发生反应：COb H2O(g) 一CO4 H2. 当反应达到平衡时，CO勺体积分数为X.若维持容器的体积和温,度不变，起始物质按下列四 种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于 x的是()A. 0.5 mol CO +2 mol H2O(g) + 1 mol CO2 + 1 mol H2B. 1 mol CO + 1 mol H2O(g) + 1 mol CO2 + 1 mol H2C. 0.5 mol CO +1.5 mol H2O(g) +0.4 mol CO2 +0.4 mol H2D. 0.5 mol CO +1.5 mol H2O(g) +0.5 mol CO2 +0.5 mol H