等效平衡及应用三篇

2024-05-25

等效平衡及应用篇1

一、恒温、恒容时等效平衡

1. 对于a A (g) +b B (g) ⇌m C (g) +n D (g) (a+b不等于m+n) 的反应, 若在此条件下达到等效平衡状态, 我们称之为“完全等效平衡”。如对于2SO2 (g) +O2 (g) ⇌2SO3 (g) , 在下列三个恒温、恒容容器中按起始物质的量发生上述反应:平衡后的结果 (以三体系中的SO2为例) 为n (SO2) 相同;c (SO2) 相同;m (SO2) %相同。

例1:若取amol SO2、bmol O2、cmol SO3置于上述容器中, 保持温度和容积与上述相同, 达平衡后与上述结果等效, 则a、b、c应满足的条件是____。

解析:根据相同条件下可逆反应里, 无论从反应物开始还是从生成物开始, 只要起始状态相当, 达到的平衡就是等效平衡, 上述反应中为完全等效平衡, 采用极端假设法来分析, 假设cmol SO3全部反应掉, 则体系中组分一定变为2mol SO2和1mol O2, 则有a+c=2, 2b+c=2。这种方法又叫“一边倒”。但解题时应该注意, “一边倒”只是假设, 而一旦反应开始, 体系中反应物和生成物的浓度均不能为零, 视为“不为零”。

规律:恒温、恒容下对于气态物质反应前后分子数变化的可逆反应等效平衡的判断方法是:使用极端假设的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物, 然后观察有关物质的物质的量是否对应相等。

2.对于a A (g) +b B (g) ⇌m C (g) +n D (g) (a+b=m+n) 的反应, 若在恒温、恒容状态下达到平衡, 只要求对应的物质比例相同即可, 称之为“不完全等效平衡”。如对于I2 (g) +H2 (g) =2HI (g) , 在三个恒温、恒容容器中发生上述反应:平衡后的结果 (以体系中的HI为例) 为HI%相同;n (HI) 不同;c (HI) 不同。

那么, 上述容器 (1) (2) 中的平衡状态为什么可以是等效平衡呢?我们就用过程极端假设法 (放缩法) 来研究:虽然要求是在恒温、恒容状态下进行反应, 我们假设 (1) 容器容积为V, 而对于容器 (2) , 我们先假设开始时其容积为2V, 如图所示, 将容器 (2) 分割成两部分, 则结果为三个体积均为V的容器中互为完全等效平衡;然后将容器 (2) 的体积压缩到V, 由于左右两端气体系数相等, 所以过程中平衡不移动, 两个容器中的HI%相等, 则原来 (1) 和 (2) 容器中形成的为等效平衡。同理, (1) (2) 容器和 (3) 中也为等效平衡。

例2:若取amol I2、bmol H2、cmol HI置于上述容器中, 保持温度和容积与上述相同, 达平衡后与上述结果等效, 则a、b、c应满足的条件是%%%%%%%。

解析:运用极端假设, 如果cmol HBr完全反应掉, 结果中的n (I2) ∶n (H2) =2∶1, 则有得2a=4b+c。

规律:恒温、恒容下的对于气态物质反应前后分子数不变的可逆反应判断方法:使用极限转化的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物, 然后观察有关物质的物质的量比是否相等。

二、恒温、恒压时等效平衡

对于a A (g) +b B (g) ⇌m C (g) +n D (g) 反应, 无论 (a+b) 与 (m+n) 相等还是不相等, 此类平衡问题的分析方法与恒温、恒容时等效平衡的第二种情况均类似 (即为一种不完全等效平衡) 。如2SO2 (g) +O2 (g) ⇌2SO3 (g) , 在恒温恒压时以下三个容器中反应, 运用过程假设可分析得知, 三容器中互为等效平衡 (方法同恒温、恒容等效平衡的第二种情况) , 平衡后的结果 (以体系中SO2为例) 为:m (SO2) %相同;c (SO2) 相同;n (SO2) 不同。

例3:若取amol SO2、bmol O2、cmol SO3置于上述容器中, 保持温度和压强与上述相同, 达平衡后与上述结果等效, 则a、b、c应满足的条件是____。

解析:运用极端假设法, 如果cmol SO3全部反应掉, 则体系中组分一定变为SO2和O2, 只要其二者物质的量之比符合上述2∶1即可, 即 (a+c) ∶则有a=2b (与SO3的物质的量无关) 。

等效平衡知识及应用篇2

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、逆反应或从正、逆反应同时开始）进行反应，只要达到平衡时各组分在混合物中的百分数（体积分数、物质的量分数或质量分数）相等，这样的化学平衡互称为等效平衡。

二、等效平衡的类型

1.对于恒温、恒容条件下气体体积发生变化的反应

如果按化学方程式的化学计量关系转化为化学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。

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数之比换算到同一边时，只要反应物（或生成物）中各组分的物质的量的比值相同，即互为等效平衡。

3.对于恒温、恒压条件下的可逆反应

如果根据化学方程式中计量数之比换算到同一边时，只要反应物（或生成物）中各组分的物质的量的比值相同，即为等效平衡。此时计算的关键是换算到同一边后只需比值相同即可，对反应特点并没有要求。

备注：两种情况下所达到的等效平衡及其等效程度的区别：

1中所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的物质的量、物质的量浓度、物质的量分数（或气体的体积分数）均相同，类似于几何学上的全等图形。

2、3中所达到的等效平衡状态，反应混合物中各组分的百分含量相同，各成分的物质的量与原平衡成比例，类似于几何学上的相似图形。

三、等效平衡原理的应用

1.判断同一可逆反应在相同的反应条件下是否为相同的平衡状态。

2.求要达到等效平衡，两种不同状态下起始量之间的关系。

3.求属于等效平衡状态下的反应方程式中各物质的化学计量数。

（收稿日期：2014-010-10）

等效平衡及应用篇3

关键词：等效平衡；化学平衡；恒温恒容反应；恒温恒压反应

文章编号：1005–6629（2014）7–0088–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学平衡是中学化学一个极其重要的概念，也始终是高考命题的重点。尤其是涉及到一些关于化学平衡的计算问题，学生普遍感到难度较大无从下手，但若能掌握“等效平衡”的思维方法，许多问题就会迎刃而解。其实，等效平衡问题是有其解题规律可循的。多年来，也不断有相关的研究性文章，但是大多数文章仅从解题策略或者解题技巧的层面进行阐述，也有部分文章单纯从等效平衡的试题类型上作出归纳，显然不能帮助读者全方位解读等效平衡问题。本文试图以等效平衡的概念为抓手，以思维方法为切入点，不仅带动各类题型的界定、深入解析和全面突破，尤其对一些思维容量大的典型性问题，通过图形、动画模拟等模型方法，变抽象为直观，力求做到全面、深刻和新颖。希望本文能对读者理解此类问题有所启迪。

1 等效平衡的概念

一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，对于同一可逆反应，若以不同的起始投料方式进行反应，达到化学平衡时，相同组分在平衡混合物中的百分数（体积、物质的量、质量等）相等，则称两种平衡为等效平衡。关于等效平衡还应从下列两个层面上理解：首先，必须明确的是指同一组分在平衡混合物中的百分数相等，而不一定是指物质的量浓度；其次，若各物质的浓度或物质的量与原平衡完全一样，则为相同的平衡即等同平衡。

2 等效平衡的类型和解题的思维方法

对于反应xA（g）+yB（g） pC（g）+qD（g）等效平衡的类型总体可分为以下两大类：

2.1 恒温、恒容条件下的等效平衡

（1）当x+y≠p+q时，只要能通过可逆反应的化学计量系数把不同的投料方式换算成同一种投料方式，则它们互为等效平衡。如恒温、恒容的合成氨反应中，有下列三种投料方式：①1 mol N2，3 mol H2；②2 mol NH3；③0.5 mol N2，1.5 mol H2，1 mol NH3。显然，若将②和③中的NH3全部换算成N2和H2即与①成同一种投料方式，故必定建立等效平衡（其实是等同平衡）。

（2）当x+y=p+q时，只要投料换算后与原来的n（A）：n（B）相同，则它们互为等效平衡，且平衡产物的量与原平衡产物的量对应成正比例关系，起始投料量也对应成正比关系。如恒温、恒容下的反应CO（g）+ H2O（g）

CO2（g）+H2（g）有下列两种投料方式：①2 mol CO，2 mol H2O；

②4 mol CO，4 mol H2O，2 mol CO2，2 mol H2。

若按方式①投料后平衡时CO2的物质的量为a mol，则按投料方式②平衡后CO2的物质的量为多少呢？同样，若将2 mol CO2和2 mol H2全部换算成反应物，相当于起始时投6 mol CO，6 mol H2O，若假设①2 mol CO，2 mol H2O在1L的容器中建立平衡，6mol CO，6 mol H2O在3L的容器中建立平衡，二者互为等效平衡，后者平衡时CO2的物质的量为3a mol，然后将后者从3L压回到1L，平衡不移动，CO2的物质的量仍为3a mol。

2.2 恒温恒压条件下的等效平衡

恒温、恒压，只要起始投料物质的量换算后比例相同，也存在平衡时产物的量对应成正比例关系。如对于恒温恒压下的合成氨反应，有下列三种起始投料方式：①1 mol N2，4 mol H2；②1.5 mol N2，6 mol H2；③0.5 mol H2，1 mol NH3。若①达平衡后氨的物质的量为b mol，则②和③达到平衡后氨物质的量分别为多少呢？由于是在恒温、恒压条件下，②和③的投料分别为①的1.5倍和0.5倍，②相当于在①达到平衡的基础上再“复制”0.5个平衡体系，而③相当于在①达到平衡的基础上再“切掉”0.5个平衡体系，故则②和③达到平衡后氨物质的量分别为1.5b mol和0.5b mol。值得注意的是，该类反应一般要求所有物质均为气体。

2.3 思维方法提升——“等价转换法”

A.当反应达到平衡后，若升高温度，容器内压强不变。

B.当反应达到平衡后，若降低温度，混合气体的颜色加深，则A、B中至少有一种为有色气体。

C.在一定温度下，当容器中气体压强不变时，说明反应已达平衡。

D.若向容器内注入少量C，压强增大但平衡不移动，A的转化率也不变。

解析：A选项中，升高温度平衡右移，虽然气体的总物质的量不变，但是，由于温度升高，混合气体压强必然增大，所以，这种影响不是单一的而是综合的。B选项中，降低温度后平衡左移，混合气体的颜色加深，A、B中至少有一种为有色气体无疑是正确的。一定温度下，像上述等体积的可逆反应，无论有没有达到平衡，混合气体压强始终不变，C选项错误。D选项的迷惑性很强！由于起始时反应物投料比不一定是1：1，故在上述平衡体系中注入少量C时，平衡可能移动，A的转化率也可能发生变化。所以，这种影响也不是单一，而是综合的。

恒温、恒容时，有关转化率变化的规律Ⅰ：

可逆反应aA（g）+bB（g） cC（g），起始按反应物的系数比a：b投料（或单独充入C）并达到平衡后，再充入少量C（g）时：

（1）当a+b>c时，平衡向正反应方向移动，A、B的转化率增大。

（2）当a+b

（3）当a+b=c时，平衡不移动，A、B的转化率不变。

3.2 先同后变的原则

在温度恒定的条件下，涉及体积与压强以及平衡移动有关判断的问题，在进行判断时，可首先设计一些等效平衡的中间状态作为参照标准，即“先同”，然后再根据题设条件观察变化后的趋势，即“后变”，来进行求解。这样能降低思维难度，具有变难为易、化抽象为直观的作用。

请填写以下空白：（1）若x=4.5，则右侧反应在起始时向（填“正反应”或“逆反应”）方向进行。欲使起始反应维持向该方向进行，则x的最大取值应小于。（2）若x分别为4.5和5.0，则在这两种情况下，当反应达平衡时，A的物质的量是否相等？（填“相等”、“不相等”或“不能确定”）。其理由是：。

解析：（1）x=4.5，右侧反应在起始时气体总物质的量为4.5+6.5+2.0=13.0 mol，左侧的反应是等体积反应，气体总物质的量恒为12.0 mol，要使隔板恰好处于反应器的正中位置，则右侧反应在起始时应向气体体积减小的正反应方向移动。假设平衡向右移动的极限是将E全部消耗掉，达到平衡后混合气体为：（6.5-0.5x）+2.0+x=12.0，解得x=7，而根据不为零原则，E不可能全部消耗掉，故x<7。（2）若x分别为4.5和5.0，为使平衡时气体总物质的量达到12.0 mol，则右侧反应向正反应方向移动的程度是不一样的，即反应的温度不同，故左侧的反应在不同温度下进行，平衡移动的程度也不同，故A的物质的量不相等。

总之，等效平衡问题是高中化学的一个难点。在教学过程中，教师应分类归纳，同时列举典型的试题深入分析，通过图形、动画模拟等模型方法，变抽象为直观，帮助学生充分理解等效平衡问题的本质、题型和思维方法，这对于帮助学生建立并运用“等效平衡模型”作中间体，理解和解决化学平衡中诸如反应物转化率、平衡各组分的百分含量和平衡移动的方向及限度等问题将起到极为有益的作用。

参考文献：

[1]徐敏，莫明远.优化烃的衍生物教学的几点思考[J].中学化学教学参考，2002，（12）：11～14.

[2]莫明远，王祖浩.创设问题情景启发自主探究提升科学素养[J].化学教育，2010，（7）：16～29.

[3]莫明远.知识问题化问题情景化[J].中学化学教学参考，2012，（1-2）：62～64.