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分析和判断等效平衡的两种方法等效平衡是化学反应速率和化学平衡这一部分内容的重点和难点,也是高考常考的考点之一那么如何使学生学会分析和判断两平衡是否为等效平衡,应是我们教师在教学的过程中要重点研究和探讨的问题分析和判断两平衡是否等效,要以化学平衡的概念为依据,即在一定的条件(如温度、浓度、压强等)下,只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的百分含量(体积、物质的量浓度或质量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡因此我们分析和判断是否为等效平衡要紧紧抓住“各组分的百分含量是否均相同或保持不变”来分析对于“各组分的百分含量保持不变”可理解为物质的量浓度不变或者是百分含量(质量分数或体积分数等)保持不变我们知道化学平衡既可以从可逆反应的正向建立,也可从逆向建立,只要条件一定,最终各物质的百分含量(或浓度)相同,则两平衡等效据此,可把等效平衡分为两种情况一是定温、定容;二是定温、定压
一、定温、定容下的等效平衡定温、定容下的等效平衡有两种情况,即反应前后不等体积(分子数可变)的等效平衡和等体积(分子数不变)的等效平衡
1、定温、定容下不等体积(分子数可变)的等效平衡对于一般反应,在定温、定容下,只要起始组分组成彼此满足质量守恒(即所含元素种类、各元素原子个数均相等,例如2molSO
2、1molO2与2molSO3就满足质量守恒)就可达到等效平衡这里的等效可以浓度相同,也可以是体积分数或质量分数相同示例
1、在一个固定体积的密闭容器中,加入2molA和1molB发生反应2Ag+Bg==3Cg+Dg;达到平衡后,C的浓度为wmol/L若维持体积和温度不变,按下列四种配比进行反应,达到平衡后,C的浓度仍为wmol/L的是()A.4molA+2molBB.2molA+1molB+3molC+1molDC.3molC+1molDD.3molC+1molD+1molB分析按化学计量数换算成相当的A和B应为2molA和1molB(B)为4molA和2molB与(A)相当,但与题干不符;(C)逆向可进行到底,相当于加入2molA和1molB与题干相符,故C符合题意;(D)2molA和2molB与题干2molA和1molB多加了1molB,不符
2、定温、定容下等体积(分子数不变)的等效平衡定温、定容条件下对于反应前后气体体积数(分子数)不变的反应,只要起始组分组成彼此满足所含元素相同,各种元素原子个数的比值相同,就可达到等效平衡如H2g+I2g==2HIg在定温、定容条件下,起始组分为2molH
2、1molI2或者3molH
2、
1.5molI
2、或者2molH
2、4molHI三者可达到等效平衡据此也可这样来认识等效平衡,即温度和体积不变的可逆反应,改变起始时加入量,只要能通过化学计量数换算成同一边的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效这里的等效只能是体积分数或质量分数相同而不能是浓度相同示例
2、在一固定体积的密闭容器中,保持一定的温度进行以下反应H2g+Br2g==2HBrg已知加入1molH2和2molBr2时,达到平衡后生成amolHBr(见下表已知项),在相同条件下,且保持平衡时各组分的体积分数不变,对下列编号⑴-⑶的状态,填写下表中的空白编号起始状态平衡时HBr的物质的量(mol)H2Br2HBr已知120a⑴240⑵
10.5a⑶mnn≥2m分析:该平衡的特点为分子数不变的可逆反应,因此改变起始时加入量,我们只要能通过化学计量数换算成同一边的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效,各组分的体积分数也就不变1因为题干nH2∶nBr2∶nHBr平=1∶2∶a,所以nH2∶nBr2∶nHBr平=2∶4∶2a,即nHBr平=2a2把1molHBr换算成H2和Br2的物质的量分别为
0.5mol和
0.5mol,按nH2∶nBr2∶nHBr平=
0.5∶
1.0∶
0.5a,故原有nH2=
0.5mol-
0.5mol=0,nBr2=
1.0mol-
0.5mol=
0.5mol3设起始时nHBr为x,换算成H
2、Br2的物质的量分别为m+x/
2、n+x/2,且m+x/2∶n+x/2=1∶2,x=2n-2m设平衡时的物质的量为ymol,则2∶a=n+x/2∶y=n+n-2m∶yy=n-ma示例
3、在固定容积的密闭容器中,充入2molA和1molB发生反应2Ag+Bg下=xCg达到平衡后C的体积分数为w%,若维持容器的温度和体积不变,按
0.6molA、
0.3molB和
1.4molC为起始物质,达到平衡后,C的体积分数也为w%,则x值为()A.1B.2C.3D.4分析C的体积分数都为w%,因此学生很容易把
1.4molC根据化学计量数换算成A和B与起始时充入2molA和1molB相等即可得出x为2但我们不难看出,若维持容器的温度和体积不变的情况下,按
0.6molA、
0.3molB和
1.4molC加入时,把
1.4molC换算成A和B后,其物质的量之比与原平衡相同,而忽略反应前后分子数不变,故x=3时也符合题意,从而造成漏选C
二、定温、定压下的等效平衡对于一般可逆反应,在定温、定压条件下,只要起始组分组成满足所含元素种类相同、各种元素的原子个数的比值相同,就可达到平衡由于温度、压强不变,根据阿佛加德罗定律及其推论可以得出,气体的体积和气体的物质的量应成正比关系,因此在定温、定压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数换算成同一半边物质的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效示例
4、在一密闭容器中,充入2molN2和4molH2充分反应后,测得H2的转化率为a%,若维持容器的温度和压强不变,再充入3molN2和6molH2重新达到平衡后,此时H2的转化率为b%,则a与b的关系为分析我们可假设有两容器,一充入2molN2和4molH2,此时H2的转化率为a%;另一容器充入5molN2和10molH2,在维持容器的温度和压强不变的情况下,物质的量为一的
2.5倍,且两者的物质的量之比相同,故应为等温、等压下的等效平衡,H2转化率也应是a%,因此a=b由以上分析可以看出要判断是定温、定容还是定温、定压是解决问题的关键另外,在定温、定容时,需分清是分子数可变还是分子数不变的两种情况;定温、定压时要注意能否按化学计量数换算成同一半边物质的物质的量之比与原平衡相同,即可得出两平衡是否等效PAGE4。