高中化學(xué)：化學(xué)平衡中的等效平衡問題

化學(xué)平衡中的等效平衡問題

新密一高分校師宏杰2009-10-29

等效平衡原理

一定條件下（恒溫、恒容或恒溫、恒壓），對同一可逆反應(yīng)，只要起始時(shí)加入的物質(zhì)的物質(zhì)的量不同,

而達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，各物質(zhì)的百分含量（體積分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）均相同，這樣的平衡互稱為等效平衡。

等效平衡的建立與途徑無關(guān)，與外界條件和物質(zhì)用量有關(guān)。因而同一可逆反應(yīng)，從不同的狀態(tài)開始,

只要達(dá)到平衡時(shí)條件相同（溫度、濃度、壓強(qiáng)）完全相同，則可形成等效平衡。

如：常溫常壓下，可逆反應(yīng)：

O2-

2S02+e2S03

①2mol1molOmol

②0mol0mol2mol

③0.5mol0.25mol1.5mol

①從正反應(yīng)開始，②從逆反應(yīng)開始，③從正逆反應(yīng)同時(shí)開始，由于①、②、③三種情況如果按方程

式的計(jì)量關(guān)系折算成同一方向的反應(yīng)物，對應(yīng)各組分的物質(zhì)的量均相等（如將②、③折算成①），因此

三者為等效平衡。

二.等效平衡的規(guī)律

等效類型(1)(2)(3)

條件恒溫、恒容恒溫、恒容恒溫、恒壓

折算為方程式同一

折算為方程式同一邊物質(zhì)，折算為方程式同一邊物質(zhì)，

起始投料邊物質(zhì)，其“量”

其‘'量”符合同一比例其“量”符合同一比例

相同

對反應(yīng)的反應(yīng)前、后氣體體積相等

任何可逆反應(yīng)aA(g)+bB(g)=icC(g)任何可逆反應(yīng)

要求

(a+b=c+d)

完全等效：各物質(zhì)不完全等效：各物質(zhì)的百分不完全等效：各物質(zhì)的百分

等效情況的百分含量、濃度、含量相同，但各物質(zhì)的濃含量相同，但各物質(zhì)的濃

物質(zhì)的量均相同度、物質(zhì)的量不一定相同度、物質(zhì)的量不一定相同

三.典例剖析

例1.向某密閉容器中充入ImolCO和2moi1卜0（g）發(fā)反應(yīng)S+當(dāng)反應(yīng)達(dá)到

平衡時(shí)C0的體積分?jǐn)?shù)為X。若維持體積和溫度不變，起始物按下列四種配比充入此容器中，達(dá)到平衡時(shí)

C0的體積分?jǐn)?shù)大于x的是（）

A.0.5molCO+2molH2O（g）+ImolCO2+ImolH2

B.ImolCO+ImolH2O（g）+ImolC02+ImolH2

C.0.5molCO+1.5molC0(g)+0.4molCO，+0.4molC

D.0.5molCO+1.5molHQ(g)+0.5molCO2+0.5molHz

解析：本題是一個(gè)等效平衡的題目，在維持容器體積和溫度不變的條件下，A項(xiàng)相當(dāng)于1.5molCO

和3molHQ(g)反應(yīng)，與原始比例1：2相同，構(gòu)成等比平衡，所以達(dá)到平衡后C0的體積分?jǐn)?shù)等于x；B

項(xiàng)相當(dāng)于向容器中充入ImolCO和2moiH?O(g)達(dá)到平衡，然后再充入ImolCO,故前一步旨在建立全

等平衡，再充入ImolC0雖使平衡正向移動(dòng)，但移動(dòng)是由C0的濃度增加引起的，所以C0的體積分?jǐn)?shù)增

大；C項(xiàng)相當(dāng)于0.9molCO和1.8molIi20(g)(兩者比值1：2)反應(yīng)，達(dá)到平衡后,再充入0.ImolH20,

故加入水使平衡正向移動(dòng)，C0的體積分?jǐn)?shù)小于x；D相當(dāng)于ImolCO和2moiH：；O(g)反應(yīng)，與原平衡全

等，故C0的體積分?jǐn)?shù)等于x,只有B項(xiàng)合理。

答案：B

例2.在一定溫度下，把2moiSO?和ImolO2通入一定容積的密閉容器里，發(fā)生如下反應(yīng)：2so2+O2

2sO3并達(dá)到平衡狀態(tài)?，F(xiàn)在該容器中維持溫度不變，令a、b、c分別為初始加入的SO?、和S0-的物

質(zhì)的量。如果a、b、c取不同的數(shù)值，它們必須滿足一定的相互關(guān)系，才能保證達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)混合物

中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時(shí)完全相同，請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

⑴若a=0、b=0則c=mol。

(2)若a=0.5mol,貝!)b=mol和c=mol。

(3)a、b、c取值必須滿足一般的條件是(請用兩個(gè)議程式表示，其中一個(gè)只含a和c,另一個(gè)只

含b和c)o

①2S0，+02LT2sO3④2S02+02.—2SO3

2mol1molOmola+c(b+c/2)0

②2sO2+O2X-t2sO3⑤2sO2+022sO3

0mol0mol2mol00(a+c)或(c+2b)

③2S02+02be2sO3

abc

解析：2so2+O22s是一個(gè)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的可逆反應(yīng)，它在定溫、定容下由2mol$0八

ImolO2和0molSO3建立起來了化學(xué)平衡狀態(tài)。若在同溫、同容且容積固定、11($02)為211101、n(C＞2)為

bmohn(SOj為cmol的條件下建立起與上述相同的化學(xué)平衡狀態(tài)，也就是下述5種不同情況均能建立

起相同的化學(xué)平衡狀態(tài)：

由②知a=0、b=0、c=2；由①、④知a+c=2、b+c/2=l,若a=0.5,則c=1.5、b=0.25

答案：(1)2(2)0.25(3)a+c=2、b+c/2=l

例3.在相同的溫度和壓強(qiáng)下，對反應(yīng)CO2(g)+H2(g)^^8(g)+也04)進(jìn)行甲、乙、丙、丁四

組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)起始時(shí)放入容器內(nèi)各組分的物質(zhì)的量見下表：

(質(zhì)

物版

C02H2COH2O

實(shí)驗(yàn)的量

甲amalamal0mal0mal

乙2amalamal0mal0mal

丙0mal0malamalamal

Tamal0malamalamal

上述四種情況達(dá)到平衡后，n(C0)的大小順序?yàn)?)

A.乙=?。颈?甲B.乙＞丁＞甲)丙C.?。疽遥颈?甲D.丁)丙＞乙＞甲

解析：根據(jù)可逆反應(yīng)的特征甲和丙、乙和丁分別為相同的平衡狀態(tài)，達(dá)到平衡后n(CO)相同，甲和

乙比較，乙中增加了C02的物質(zhì)的量平衡正向移動(dòng)，n(CO)增加，所以乙=丁>丙=甲。

答案：A

鞏固練習(xí)：

【練習(xí)一】在一個(gè)盛有催化劑、容積固定的密閉容器中，保持一定溫度進(jìn)行如下反應(yīng)：

帖+31卜一士2NIh,已知加入ImolNz和3moilb達(dá)到平衡時(shí)，N%的百分含量為m%。

⑴若其它條件不變，初始按如下情況分別加入附、4、NH3,平衡時(shí)NH-的百分含量仍為m%的是：

A.1molN2+3mo1H2+1mo1N1hB.0.5molN2+l.5molH2+lmolNils

C.0.5molN2+l.5molH2D.lmolN2+3molH2+2molNH3

⑵若改為恒溫恒壓，初始按如下情況分別加入Nz、壓、NH3,平衡時(shí)NHa的百分含量仍為m%的是：

A.1mo1Na+3mo1112+1mo1N1LB.0.5moiN2+I.5moiH2+ImolNH3

C.0.SmolNz+l.5moiHzD.1mo1N2+3molH2+2molNH3

【練習(xí)二】在一個(gè)固定體積的密閉容器中，保持一定溫度，進(jìn)行以下反應(yīng)：Hz(g)+Bn(g)一

2HBr(g)。已知加入Imol出和2moiBn時(shí)，達(dá)到平衡后生成amolHBr(見下表)。在相同條件下，且

保持平衡時(shí)各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，對下列編號(hào)⑴⑵⑶的狀態(tài)，填寫表中空白：

起始狀態(tài)/mol

編號(hào)HB平衡時(shí)HBr物質(zhì)的量/mol

H2Br2

r

已知120a

(1)240

(2)10.5a

(3)mn(nem)

【練習(xí)三】在一密閉容器中充入ImolNO?氣體，建立如下平衡：2N0,N4,測得NO?轉(zhuǎn)化率

為a%o

⑴在溫度不變，體積不變時(shí)，再通入ImolNO?氣體，待新平衡建立時(shí)，測得NO?轉(zhuǎn)化率為b%,則a

bo

⑵在溫度不變，壓強(qiáng)不變時(shí)，再通入ImolNO?氣體，待新平衡建立時(shí)，測得NO2轉(zhuǎn)化率為b%,則a

bo

【練習(xí)四】在一定溫度下，向密閉容器中充入ImolHI氣體，建立如下平衡：2111(g)

H2(g)+L(g),測得HI轉(zhuǎn)化率為a%,在溫度不變，體積不變時(shí)，再通入ImolHI氣體，待新平衡建立時(shí),

測得HI轉(zhuǎn)化率為b%,a與b比較，則

A.a<bB.a>bC.a=bD.無法比較

【練習(xí)五】體積相同的甲、乙兩個(gè)容器中，分別都充有等物質(zhì)的量的S02和0”在相同溫度下，

發(fā)生反應(yīng)：2soz+Oz一2sCh并達(dá)平衡。在這過程中甲容器保持體積不變，乙容器保持壓強(qiáng)不變，若甲

容器中SO2的轉(zhuǎn)化率為a%,乙容器中SO2的轉(zhuǎn)化率為b%,a與b比較，則

A.a<bB.a>bC.a=bD.無法比較

【練習(xí)六】甲、乙兩容器，甲的容積固定，乙的容積可變。在一定溫度下，向甲中通入了3molNz

和4moi壓，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成NH：；的物質(zhì)的量為amol。

（1）相同溫度下，若再向乙中通入2moiNL,且保持容積和甲相同，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，各物質(zhì)的

濃度與甲中平衡時(shí)相同，起始時(shí)乙中通入molNz和molH2

（2）相同溫度下，若乙中通入6molNz和8moi壓，且保持壓強(qiáng)與甲相同，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，生成

Nib的物質(zhì)的量為bmol則a/b1/2（填“>”“=”，下同）。若乙與甲的容積始終相等，達(dá)

到平衡時(shí)，生成氨的物質(zhì)的量為cmol,則a/c1/2?

【練習(xí)七】在一個(gè)容積固定的反應(yīng)器中，有一可左右滑

*--------?

D（氣）+2E（氣）隼2F（氣）

動(dòng)的密封隔板，兩側(cè)分別進(jìn)行如圖所示的可逆反應(yīng)。各A（氣）+B（氣）=2式氣）物質(zhì)

的起始加入量如下：A、B和C均為4.0摩、D為6.5摩、F為2.0

摩，設(shè)E為x摩。當(dāng)x在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，均可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器的溫度，兩側(cè)反應(yīng)都達(dá)到平衡，并且

隔板恰好處于反應(yīng)器的正中位置。請?zhí)顚懸韵驴瞻祝?/p>

（1）若x=4.5,則右側(cè)反應(yīng)在起始時(shí)向（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向進(jìn)行。欲使起始反應(yīng)

維持向該方向進(jìn)行，則x的最大取值應(yīng)小于。

（2）若x分別為4.5和5.0,則在這兩種情況下，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，A的物質(zhì)的量是否相等？（填

“相等”、“不相等”或“不能確定”）o其理由是：o

【練習(xí)八】I.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）

⑴若開始時(shí)放入ImolA和ImolB,到達(dá)平衡后，生成amolC,這時(shí)A的物質(zhì)的量為mol。

⑵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。

⑶若開始時(shí)放入XmolA、2molB和ImolC,到達(dá)平衡后，A和C的物質(zhì)的量分別為YmoL和3amol,

則乂=mol,Y=mol。平衡時(shí)，B的物質(zhì)的量______（選填一個(gè)編號(hào)）。

（甲）大于2moi（乙）等于2moi（丙）小于2moi（丁）可能大于、等于或小于2moi

作出此判斷的理由是。

⑷若在⑶的平衡混合物中再加入3molC,待再次達(dá)到平衡后，C的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是。

0.若維持溫度不變，在一個(gè)與⑴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)。

⑸開始放入ImolA和ImolB到達(dá)平衡后生成bmolC,,將b與⑴小題中的a進(jìn)行比較（選填一

個(gè)編號(hào)）。

（甲）a<b（乙）a>b（丙）a=b（?。┎荒鼙容^和的大小

作出此判斷的理由是。

補(bǔ)充練習(xí)答案

【練習(xí)一】⑴B⑵ABCD?！揪毩?xí)二】⑵0；0.5；0.5a；⑶2（n-2m）；（n-m）a?！揪毩?xí)三】⑴a<b；⑵a=b?！揪?/p>

習(xí)四】C。【練習(xí)五】A,【練習(xí)六】（1）2molN）和1molFk（2）a/b=1/2。a/c<1/20

【練習(xí)七］（D正反應(yīng)；7.0。（2）不相等；因?yàn)檫@兩種情況是在兩個(gè)不同溫度下達(dá)到化學(xué)平衡的，平衡

狀態(tài)不同,所以物質(zhì)的量也不同(需答出“不同溫度下”或“溫度不同”等含義，否則此空為0分)?！揪?/p>

習(xí)九】⑴1-a。⑵3a。(3)2,3-3a,丁。若3a＞1,B的物質(zhì)的量小于2mol；若3a=1,B的物質(zhì)的量等于2mol；

若3a＜1,B的物質(zhì)的量大于2mol。(4)a/(2-a)。⑸乙。因?yàn)棰尚☆}中容器容積不變，而⑴小題中容器的

容積縮小，所以⑸小題的容器中的壓力小于⑴小題容器中的壓力，有利于逆向反應(yīng)，故反應(yīng)達(dá)平衡后a

＞b0

化學(xué)平衡中的思想方法之一-

等效平衡的思想運(yùn)用于解不等效平衡

把不等效平衡轉(zhuǎn)化為等效平衡的思維方法或另外假設(shè)途徑使復(fù)雜問題簡單化！

例1.在甲、乙、丙、丁四個(gè)體積相等的密閉容器中發(fā)生以下反應(yīng)

2A(g)+B(g)(g)+21)(g),若最初加入A和B的量分別為：

甲.A2molB1mol乙,A1molB1mol

丙.A2molB2mol丁.A1molB2mol

在相同溫度下建立平衡時(shí),A或B的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為()。

A.A的轉(zhuǎn)化率為甲〈丙〈乙〈丁B.A的轉(zhuǎn)化率為甲〈乙〈丙〈丁

C.A的轉(zhuǎn)化率為甲＞丙＞乙＞丁D.?。疽遥颈炯?/p>

解：(上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，如再加入A,平衡右移，A本身的轉(zhuǎn)化率降低，B的轉(zhuǎn)化率升高)甲與乙比

較：甲相當(dāng)于在乙達(dá)到平衡后再加入1molA,所以甲比乙A的轉(zhuǎn)化率降低，B的轉(zhuǎn)化率升。同理：

丁比乙B的轉(zhuǎn)化率降低，A的轉(zhuǎn)化率升高；丙比甲B的轉(zhuǎn)化率降低，A的轉(zhuǎn)化率升高。丙比乙：假

設(shè)丙的體積是乙的體積的2倍,達(dá)到平衡后與乙的平衡等效，A和B的轉(zhuǎn)化率相等,再將丙的體積壓縮成

與乙的體積相等,平衡要左移，A和B的轉(zhuǎn)化率都要降低！丙比乙：A的轉(zhuǎn)化率降低，B的轉(zhuǎn)化率升高。

總之有：A的轉(zhuǎn)化率甲〈丙〈乙〈丁，B的轉(zhuǎn)化率甲〉乙〉丙〉丁

答案選A

例2.一定溫度下，將amol的PCL通入一個(gè)容積不變的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：

PC15(g)-PCh(g)+C12(g)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，測得混合氣體的壓強(qiáng)為R,此時(shí)再通入amol的PCb,

同樣溫度下再達(dá)到平衡時(shí)，測得混合氣體的壓強(qiáng)為%下列判斷正確的時(shí)()。

A.2P,＞P2B.PCL的分解率增大C.2Pl＜PzD.Ck的體積分?jǐn)?shù)增大

解：將第二種情況的體積假設(shè)為原來的兩倍，充入2amol的PCb,平衡后，與第一種情況等效，壓

強(qiáng)相等；現(xiàn)將容器體積壓縮為第一種情況的體積,再假設(shè)平衡不移動(dòng),壓強(qiáng)應(yīng)為原來的兩倍,實(shí)際上平衡

左移，氣體物質(zhì)的量減少，壓強(qiáng)減小，壓強(qiáng)小于原來的兩倍，PCb的分解率減小，C12的體積分?jǐn)?shù)減小。

答案選C

例3.在t℃,體積固定的一容器中分別投入2moiSO?和2molSO3；發(fā)生反應(yīng)2S02(g)+02(g)

2sOs(g),反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí),反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)S。,為Wmol,相同溫度下,按下列配比在相同體積的容

器中反應(yīng),平衡后S03的物質(zhì)的量大于Wmol的是()。

A.2molSOz.1mol02B.4molS02,1mol02

C.2molS02,1mol022molSOaD.3molS02,1molSO3

解：題干中的2molSO?和2molSO3等效于加入4molSO?和1molO2,平衡時(shí)SOs為Wmol。A

中相當(dāng)于先加4molSO?和1mol0,平衡后，再將SO2移走2mol,平衡左移，所以SO?的物質(zhì)的量小于W

mol0B中平衡時(shí)SO?為WmolC中相當(dāng)于加入4molSO?和2molO2即理解為先加入4molSO2

和1molO2,平衡時(shí)SO；為Wmol,然后再加入1molO%平衡要右移，所以SCh的物質(zhì)的量大于Wmol,D

中相當(dāng)于先加4molSO,和1mol。,平衡后，再將02移走0.5moE平衡左移，所以S0：,的物質(zhì)的量小

于Wmolo

答案選C

例4.在一定溫度，容積可變的密閉容器中，加入X、Y、Z,發(fā)生反應(yīng)2X(g)+Y(g)『-2Z(g),達(dá)平

衡時(shí)，X、Y、Z的物質(zhì)的量分別為6mol,3mol、6mol,若保持溫度壓強(qiáng)不變，對平衡混合物調(diào)整如下

請?zhí)钇胶馊绾我苿?dòng)()。

⑴均減少一半(2)均增加2mol(3)均增加2倍(4)均減少2mol

解:因?yàn)槭呛銣睾銐簵l件,所以如果再按6:3:6即2:1:2充入X、丫、Z平衡不移動(dòng)，

(1)均減少一半,平衡不移動(dòng)。(2)均增加2m。1,理解為先加入X、Y、Z的物質(zhì)的量分別為2m01、1mol、

2moi，平衡不移動(dòng)，再加入1molY,顯然平衡右移。(3)均增加2倍,平衡不移動(dòng)。(4)均減少2mol,理

解為先減少X、丫、Z的物質(zhì)的量分別為2mol、1mol、2mol,平衡不移動(dòng),再減少1molY,顯然平衡

左移。

答案為：平衡不移動(dòng)平衡右移平衡不移動(dòng)平衡左移

習(xí)題：

1.在fC,體積固定的一容器中分別發(fā)生反應(yīng)：

A(g)+3B(g)—2C(g)達(dá)平衡后，測得A、B、C的物質(zhì)的量之比為1:1:2,若溫度不變，以1:1:2的比例

再充入A、B、C,下列說法正確的是(