化學(xué)等效平衡規(guī)律探究

1、化學(xué)等效平衡規(guī)律探究西安市慶安中學(xué) 王昆章一、等效平衡概念化學(xué)平衡狀態(tài)與條件息息相關(guān)，而與建立平衡的途徑無關(guān)。對(duì)于同一可逆反應(yīng)，在一定條件（恒溫恒容或恒溫恒壓）下，以不同投料方式（即從正反應(yīng)、逆反應(yīng)或從中間狀態(tài)開始）進(jìn)行反應(yīng)，只要達(dá)到平衡時(shí)相同組分在各混合物中的百分?jǐn)?shù)（體積、物質(zhì)的量或質(zhì)量分?jǐn)?shù)）相等，這樣的化學(xué)平衡即互稱為等效平衡。切記的是組分的百分?jǐn)?shù)相同，包括體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，而不僅僅是指濃度相同，因?yàn)橥唤M分百分?jǐn)?shù)相同時(shí)其濃度不一定相等。二、等效平衡規(guī)律規(guī)律：恒溫恒容條件下1. 恒溫恒容時(shí)，對(duì)一般的可逆反應(yīng)，不同的投料方式如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，反應(yīng)

2、物（或生成物）中同一組分的物質(zhì)的量完全相同，則互為等效平衡。此時(shí)一般不考慮反應(yīng)本身的特點(diǎn)，計(jì)算的關(guān)鍵是換算到同一邊后各組分要完全相同?！痉独?】定溫定容下，可逆反應(yīng)n2(g) +3h2(g) 2nh3(g)按下列四種不同投料方式達(dá)到平衡后，n2的體積分?jǐn)?shù)都相等，請(qǐng)?zhí)顚懴旅娴目崭瘛?n2(g) + 3h2(g) 2nh3(g) 平衡時(shí)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取值必須滿足的一般條件是（用兩個(gè)方程式表示，其中一個(gè)只含a和c，另一個(gè)只含b和

3、c）： 、 。【解答】換算的基本思路是：將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經(jīng)過反應(yīng)而得來。即根據(jù)已知的一個(gè)量求出各組分消耗或生成的量，然后由起始量減去消耗的量或加上生成的量，就可得到其它投料方式中各組分的值。 n2(g) + 3h2(g) 2nh3(g) 平衡時(shí)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 c n3(平)等

4、效于/ mol： ac/2 b3c/2 0根據(jù)換算到同一邊時(shí)，反應(yīng)物（或生成物）中同一組分的物質(zhì)的量與起始量完全相同，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取值必須滿足的一般條件為：ac/21，b3c/23。2. 恒溫恒容時(shí)，對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，不同的投料方式如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，只要反應(yīng)物（或生成物）中各組分的物質(zhì)的量的比例相同，即互為等效平衡。此時(shí)的反應(yīng)特點(diǎn)是無體積變化，計(jì)算的關(guān)鍵是換算到同一邊后各組分

5、只需要物質(zhì)的量之比相同即可。在具體分析中，有兩種情況需要注意：最初投料方式與化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)比不一致時(shí)?！痉独?】定溫定容下，可逆反應(yīng)h2(g) + i2(g) 2hi(g)按下列四種不同投料方式達(dá)到平衡后，h2的體積分?jǐn)?shù)都相等，請(qǐng)?zhí)顚懴旅娴目崭?。h2(g) + i2(g) 2hi(g) 平衡時(shí)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取值必須滿足的一般條件是 。【解答】h2(g) + i2(g) 2hi(g) 平衡時(shí)n（hi）/mol起始量（投

6、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 根據(jù)換算到同一邊后只需要各組分物質(zhì)的量之比與起始量相同，得，x ； 平衡時(shí)： ，得n1(平)a/2 ，y2； 平衡時(shí)： ，得n2(平)a a、b、c取值必須滿足的一般條件是： ，得b2ac/2 最初投料方式與化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)比一致時(shí)。【范例3】定溫定容下，可逆反應(yīng)h2(g) + i2(

7、g) 2hi(g)按下列四種不同投料方式達(dá)到平衡后，h2的體積分?jǐn)?shù)都相等，請(qǐng)?zhí)顚懴旅娴目崭瘛2(g) + i2(g) 2hi(g) 平衡時(shí)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) 平衡時(shí)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 n2(平)等效于/

8、 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根據(jù)換算到同一邊后只需要各組分物質(zhì)的量之比與起始量相同，得，得x10，y10，平衡時(shí)： ，n1(平) ，得x21.5，y20，平衡時(shí)： ，得n2(平) ，得x3y30，平衡時(shí)： ，得n3(平) 由上述討論可知，最初投料方式與化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)比不一致時(shí)，各投料方式中的結(jié)果都是唯一值，而如果最初投料方式與化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)比一致時(shí)，各投料方式中的結(jié)果不一定是唯一值?！痉独?】在恒容的密閉容器中，充入2mola和1molb的氣體后發(fā)生反應(yīng)：2a(g)+b

9、(g) xc(g)。達(dá)到平衡后，c的體積分?jǐn)?shù)為w；若維持容器體積和溫度不變，按0.6mola、0.3molb和1.4molc為起始物質(zhì)的量，達(dá)到平衡后，c的體積分?jǐn)?shù)仍為w。則x值可能為（ ） a 1 b 2 c 3 d 4【解答】此題關(guān)鍵是分析要全面。若反應(yīng)前后體積不相等，則兩種投料方式換算到同一邊后各組分應(yīng)完全相同（即恒溫恒容時(shí)一般可逆反應(yīng)的等效平衡換算）： 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 ， 0.31.4 1，得x2若反應(yīng)前后氣體體積不變（即3），等效平

10、衡只需要兩種投料方式換算到同一邊后各組分比例相同即可（恒溫恒容時(shí)分子總數(shù)不變的可逆反應(yīng)的等效平衡換算）。而1.4mol換算到反應(yīng)物后，與的物質(zhì)的量之比為 ，與起始量的投料比相同，故x3成立。選bc。規(guī)律：恒溫恒壓條件下：在恒溫恒壓時(shí)，可逆反應(yīng)以不同的投料方式進(jìn)行反應(yīng)，如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，只要反應(yīng)物（或生成物）中各組分的物質(zhì)的量的比例相同，即互為等效平衡。此時(shí)計(jì)算的關(guān)鍵是換算到一邊后只需比例相同即可，并對(duì)反應(yīng)特點(diǎn)沒有要求。在具體分析中亦有兩種情況需要注意：1. 最初投料方式與化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)比不一致時(shí)。【范例5】在一個(gè)盛有催化劑容積可變的密閉容器中，保持一定的溫度和壓

11、強(qiáng)，進(jìn)行以下反應(yīng)：n2(g) +3h2(g) 2nh3(g)。已知加入1moln2和4molh2時(shí)，達(dá)到平衡后生成amol，在相同溫度、壓強(qiáng)下，保持平衡時(shí)各組分的體積分?jǐn)?shù)不變。請(qǐng)?zhí)顚懴旅娴目崭?。n2(g) + 3h2(g) 2nh3(g) 平衡時(shí)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) 平衡時(shí)n（nh3）/mol起始量（投料1）/ mol： 1 4 0 a等效于（投料2）/ mol

12、： 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根據(jù)換算到同一邊后只需要各組分物質(zhì)的量之比與起始量相同，得，得n1(平)1.5a ， ，得x0，y0.5，得z2（g4m），平衡時(shí)： ，得n2(平)（g3m）a2. 最初投料方式與化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)比一致時(shí)?！痉独?】在一個(gè)盛有催化劑容積可變的密閉容器中，保持一定的溫度和壓強(qiáng)，進(jìn)行以下反應(yīng)：n2(g) +3h2(g) 2nh3(g)。已知加入1moln2和3mol

13、h2時(shí)，達(dá)到平衡后生成amol，在相同溫度、壓強(qiáng)下，保持平衡時(shí)各組分的體積分?jǐn)?shù)不變。請(qǐng)?zhí)顚懴旅娴目崭瘛2(g) + 3h2(g) 2nh3(g) 平衡時(shí)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取值要滿足的條件是： 【解答】 n2(g) + 3h2(g) 2nh3(g) 平衡時(shí)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(平)等效于/ mol： 2x/2 63x/2 0等效于（投料3

14、）/ 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根據(jù)換算到同一邊后只需要各組分物質(zhì)的量之比與起始量相同，得，得x0，平衡時(shí)： ，得n1(平) ，得z3y，y0，平衡時(shí)： ，得n2(平) ，得n3m，m0，q0，平衡時(shí)： ，得n3(平) a、b、c取值要滿足的條件是：n3m，m0，q0。由上述討論可知，最初投料方式與化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)比不一致時(shí)，各投料方式中的結(jié)果都是唯一值，而如果最初投料方式與化學(xué)方程式計(jì)量系數(shù)比一致時(shí)，各投料方式中的結(jié)果不一定是唯一值?！痉独?】（2

15、003年江蘇卷）:恒溫、恒壓下，在一個(gè)可變?nèi)莘e的容器中發(fā)生如下反應(yīng)：a(g)+b(g) c(g)(1)若開始時(shí)放入1mola和1molb，達(dá)到平衡后，生成a molc，這時(shí)a的物質(zhì)的量為 mol(2)若開始時(shí)放入3mola和3molb，到達(dá)平衡后，生成c的物質(zhì)的量為 mol(3)若開始時(shí)放入x mola、2 molb和1 molc，到達(dá)平衡后，a和c的物質(zhì)的量分別是ymol和3amol，則x mol，y mol。平衡時(shí)，b的物質(zhì)的量 。甲：大于2mol 乙：等于2mol丙：小于2mol ?。嚎赡艽笥?、等于或小于2mol做出此判斷的理由是 (4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molc，待再次達(dá)

16、到平衡后c的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是 。：若維持溫度不變，在一個(gè)與（）反應(yīng)前起始體積相同、且容積固定的容器中發(fā)生上述反應(yīng)。(5)開始時(shí)放入1mola和1molb到達(dá)平衡后生成bmolc。將b與(1)小題中的a進(jìn)行比較 。甲：ab 乙：ab丙：ab ?。翰荒鼙容^a和b的大小做出此判斷的理由是 ?！窘馕觥亢銣睾銐合拢篴(g) + b(g) c(g) 平衡時(shí)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）根據(jù)方程式可算出n（a）（1a）。（2）恒溫恒壓時(shí)與（1）為等效平衡。設(shè)平衡時(shí)生成c的物質(zhì)的量為xmol，根據(jù) ，得x3a。（3） a(g) +

17、 b(g) c(g) 平衡時(shí)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平衡時(shí) 33a 33a 3a故x13，x2。平衡時(shí)a的物質(zhì)的量y33a，b的物質(zhì)的量也為33a，由于不知道a的大小，所以無法判斷33a與2的大小關(guān)系，故選丁。（4）恒溫恒壓時(shí)再投入3molc，換算至反應(yīng)物后各組分的比值沒變，與前面的（1）、（2）、（3）都互為等效平衡，c的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)不變，即可用最簡(jiǎn)潔的（1）中投料方式計(jì)算c的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)：（5）起始量a、b的物質(zhì)的量雖與（1）中相同，但（1）是恒壓情況，該反應(yīng)又是體積縮