化学平衡的标志和等效平衡

课时考点24 化学平衡的标志和等效平衡 高考命题方向 化学平衡状态的判断、判断平衡移动方向以及对平衡转化率、各组分的体积分数、压强、平均相对分子质量的影响及关于上述问题的逆向思维；等效平衡的建立、形成等效平衡条件及有关计算将是今后的命题热点， 一、知识梳理·拓展迁移 1．化学平衡状态： 一定条件的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。化学平衡状态的特征：“逆、等、动、定、变、同”；同是指在其他条件不变时，可逆反应不论从正反应开始，还是从逆反应开始，或从正、逆反应同时开始，只要起始浓度相当，建立的平衡是等效的，就可以达到相同的平衡状态。 2．化学平衡的标志 等效平衡： 一定条件下的可逆反应，由于加入物质的情况不同，当反应达到平衡时，各组成成分的物质的量浓度对应相同，各组成成分的体积（物质的量）分数相同，这样的平衡状态互称为等效平衡。 （1）等温、等容时： ①当m+n p+q时，用极限法计算的物质的起始量与原平衡的起始量完全相同，即为等效平衡； ②当m+n=p+q时，用极限法计算的各物质的起始量比例与原比例相同，即为等效平衡（成比例平衡）。 （2）等温、等压条时，用极限法计算的各物质的起始量比例与原比例相同，即为等效平衡。（拓展迁移方法） 【典例精析·探究规律】 【例1】某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A(g)＋B(g) 2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，对化学平衡影响的叙述正确的是 A．均减半，平衡逆向移动，A转化率降低 B．均加倍，平衡正向移动，A转化率增大 C．均增加1mol ，平衡正向移动，A转化率增大 D．均减少1mol ，平衡逆向移动，B的转化率增大 【解析】保持温度、压强不变，使平衡混合物中各物质的量均加倍或减半时，则相当于将原平衡按比例放大或缩小，平衡不移动， A的转化率不变，A、B的叙述都是错误的。当增加1molA、0.5molB、1molC时，相当于原平衡按比例递减，平衡不移动，均增加1mol时，则相当于多增加了0.5molB，增加反应物B，故使平衡向正方向移动，A的转化率增大，C正确。若均减少1mol时，与按原比例减少1molA、0.5molB和1molC相比，相当于多减少了0.5mol B，使平衡向逆方向移动；关于B的转化率的，可理解为由于B的总量减小，减少后的B所对应的A的量则大于与原平衡中B所对应的A的量，故可使B的转化率增大，D是正确的。 【答案】：CD 【方法技巧】 ①在分析改变条件对化学平衡影响时，应注意外界条件，在等温等压时，若与原平衡相同，可理解为加压或减压，若不相同，则应注意理解相对量的关系。 ②对于建立平衡后，又加入物质问题的分析，可建立如图所示的变化进行分析： 分析压缩后平衡移动情况，由反应方程式的计量数确定移动的方向，不能认为增加了反应物平衡就向正方向移动。 【例2】有甲、乙两个容积均为1L的恒容密闭容器，在控制两容器的温度相同且恒定的情况下进行反应：2A(g)+B(g)xC(g)，①向甲容器中能入4molA和2molB，达到平衡时，测得其中C的体积分数为40%；②向乙中通入1molA、0.5molB和3molC，平衡时测得C的体积分数为W%。试回答： （1）甲平衡时，A的体积分数为___________； （2）若乙W%=40%，建立平衡的过程中乙内压强有变化，则x=_________，乙中建立平衡时压强的变化为_______（填“递增”或“递减”）； （3）若乙W%=40%，且平衡时甲、乙的压强不同，则x=________，平衡时，甲的压强____乙的压强（填“大于”或“小于”），乙平衡时，c（A）=_____； （4）若x=4，则W%_____40%（填“大于”、“等于”或“小于”，下同）；平衡时，乙中的c(A)____甲中的c(A)。 【解析】（1）甲中的C为40%，则A、B的体积分数共为60%，加入的A:B=2:1，而反应的A、B也为2:1，故容器中的A、B为2:1，则A的含量为40%。由于（2）中的乙W%=40%，则与（1）是等效的，反应中压强有变化，则x不等于3，由方程式将C完全转化为A、B应于甲相同，有：2× +1=4或 +0.5=2故可解得x=2。当x=2时，甲在平衡时，生成的C为2a：2A(g)+B(g)2C(g) 2a a 2a 由C的体积分数： =40%，解得a=1，故达到平衡时，混合物中含C的物质的量为2mol，小于乙中加入的3molC，故平衡向逆方向移动，向逆方向移动是体积增大的反应，故容器内的压强是递增的。 （3）甲乙的压强不同，而体积分数相同，则改变压强平衡不移动，反应前后体积不变，故x=3，乙中加入的C转化为A、B后，则相当于加入的A、B分别为3molA、1.5molB，比甲中小；设平衡时，反应生成B的物质的量为a，则有： 2A(g)+B(g)3C(g) 起始（mol） 1 0.5 3 转化（mol） 2a a 3a 平衡（mol）1+2a 0.5+a 3-3a 由于C的体积分数仍为40%，故有： =40% 解得a=0.4 mol； 故平衡时，A的浓度为：1+2a= 1.8（mol/L）。 （4）当x=4时，C转化为A、B时，得A、B的物质的量分别为：2.5mol和1.25mol，比甲中的小，乙中的压强比甲中小，平衡向正方向移动，故C的体积分数大；但甲中的浓度比乙中的大。 【答案】（1）40%（2）2 递增（3）3 1.8mol/L（4）大于 小于 【解题规律】 ①对于反应前后体积不变的反应，可建立等温等压的等效平衡，但所加物质必须与起始所加物质的量比例相同，可看作是平衡后进行压缩，平衡不发生移动。 ②解题时，利用极值还原法，将所要加入的生成物还原为起始反应物与所加入的反应物的量合并，并满足起始所加物质的物质的量之比，列出比例式。 ③在等容容器中进行的反应，应注意反应前后的体积是否变化，对于体积缩小的反应，可理解为给体系减压，平衡向体积增大的方向进行。 ④分子数前后变化的反应，只能建立等温、等压的等效平衡，所加物质的物质的量与起始时所加物质的物质的量成比例即可,反应过程中的量，随总量的增加，成比例增加。 【3年高考·2年模拟】 【例3】（2004·北京理综合）在一定温度下，一定体积的密闭容器中有如下平衡：H2(g) +I2(g) 2HI(g)，已知H2和I2的起始浓度均为0.10 mol·L-1，达平衡时HI的浓度为0.16 mol·L-1。若H2和I2的起始浓度均变为0.20 mol·L-1时，则平衡时H2的浓度（mol·L-1）是 A．0.16 B.0.08 C.0.04 D.0.02 【解析】根据方程式： H2(g) + I2(g)2HI(g) 起始浓度/mol： 0.10 0.10 转化浓度/mol： 0.08 0.08 0.16 平衡浓度/mol： 0.02 0.02 0.16 由于反应前后体积不变，当物质的量加倍时，可先看作将其体积也增加1倍，平衡是完全相同的，各物质的总物质的量均加倍，平衡后，将增加后的体积压缩至原体积，由于增大压强后，平衡不移动，其转化率保持不变，此时，H2的浓度为原浓度的2倍，即为0.04mol/L。 【答案】C 【例4】（2003·江苏卷）I．恒温、恒压下，在一个可变容积的容器中发生如下发应： A(g)+B(g)C(g) （1）若开始时放入1molA和1molB，到达平衡后，生成amolC，这时A的物质的量为 mol。 （2）若开始时放入3molA和3molB，到达平衡后，生成C的物质的量为 mol。 （3）若开始时放入xmolA，2molB和1molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3a mol，则x＝ mol，y＝ mol。 平衡时，B的物质的量 （选填一个编号） （甲）大于2 mol （乙）等于2 mol （丙）小于2 mol （丁）可能大于、等于或小于2mol 作出此判断的理由是 。 （4）若在（3）的平衡混合物中再加入3molC，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是 。 II．若维持温度不变，在一个与（1）反应前起始体积相同、且容积固定的容器中发生上述反应。 （5）开始时放入1molA和1molB到达平衡后生成bmolC。将b与（1）小题中的a进行比较 （选填一个编号）。 （甲）a＜b （乙）a＞b（丙）a＝b（丁）不能比较a和b的大小 作出此判断的理由是 。 【解析】(1)生成amolC必消耗amolA，故n(A)=(1－a)mol；（2）恒温恒压时，各成分的量，成比例变化，则生成C为3a；（3）当C为3a时，则A应与（2）相同，将C极值还原，得x+1=3，得x=2，Y为3－3a，（4）由于a值不确定，故B的物质的量与2 mol无法比较，若3a＞1，则n(B)< 2mol；若3a=1，n(B)< =2mol；若3a＜1，n(B)>2mol。(5)由于恒温恒压加入C与加入A、B相同，与（1）的物质的量分数相同，故可得：ω(C)= 。（5）由于反应是体积缩小的反应，若容器容积不变，则随反应的进行，容器内压强减小，而（1）中容器内的压强始终不变，即（1）中的压强大于（5）中的压强，有利于C的生成，使（1）中C的物质的量大于（5）中C的物质的量，即a＞b。 【答案】（1）（1－a） （2）3a （3）2 3－3a 丁 理由同上（4） （5）乙 理由同上 【例5】（2005·南通模拟卷）甲、乙两容器都发生反应2 A(g)＋B(g) x C(g)，两容器温度和初始压强都相同。甲容器中充入2 mol A和1 mol B，平衡后，C在平衡混合气中的体积分数为φ、物质的量为n1；乙容器中充入1.4 mol A、0.7 mol B和0.6 mol C，达平衡后C在平衡混合气中的体积分数为φ、物质的量为n2。下列说法中正确的是（ ） A．若甲、乙两容器均为恒容容器，则x必等于2 B．若甲、乙两容器均为恒压容器，则x必等于3 C．若甲为恒压容器、乙为恒容容器，且x≠3，则n1必大于n2 D．若甲为恒容容器、乙为恒压容器，且x＝3，则n1必大于n2 ​​【解析】对于2 A(g)＋B(g) x C(g)反应，当x=2时，则用极值法还原得到的A、B与甲相同，但当x=3时，则属于两边化学计量数相同，所加反应物只需成比例即可与原平衡相同，当甲、乙为恒容容器时，则x可能为3，而当甲、乙为恒压容器时，则x不确定，故A、B两种说法均是错误的；C中，若x=2，则甲与乙的加入量用极值法还原是完全相同的，若要体积分数相同，则反应后C的物质的量是完全相同的，故C是错误的。x＝3，两边体积相等，起始时，甲的物质的量比乙大（3>2.7），故平衡时，生成C的物质的量多。 【答案】D。 三、考点测试·新题预测 测试时间45分钟 测试分值100分 一、选择题（每小题6分，共60分） 1．（2005·连云港模拟卷）一定温度下在容积恒定的密闭容器中，进行如下可逆反应：A(s)+2B(g)C(g)+D(g)，当下列物理量不变时，能表明该反应已达到平衡状态的是 （ ） ①混合气体的密度 ②容器内气体的压强 ③混合气体的总物质的量 ④B物质的量浓度 A.①和④ B.②和③ C.②③④ D.只有④ 2．(2004·天津综合卷)一定条件下，向一带活塞的密闭容器中充入2molSO2和1mol O2，发生下列反应：2SO2+O2 2SO3(g)达到平衡后改变下述条件， SO3(g)气体平衡浓度不改变的是（ ） A. 保持温度和体积不变，充入1molSO3(g) B. 保持温度和容器内压强不变，充入1molSO3(g) C. 保持温度和容器内压强不变，充入1molO2(g) D. 保持温度和容器内压强不变，充入1molAr(g) 3．（2005·广州模拟卷）一定温度下，可逆反应H2(g)+I2(g)2HI(g)达到化学平衡状态的标志是（ ） A．混合气体的压强不再变化 B．混合气体的颜色不再变化 C．反应速率v(H2)=0.5v(HI) D．c(H2):c(I2):c(HI)=1:1:2 4．某温度下的一固定容积的容器中，发生如下反应：2E(g)F(g)+G(g)；△H>0；若起始浓度E为amol/L，F、G均为0，当达到平衡时，E为0.5amol/L；若E的起始浓度改为2amol/L，F、G均仍为0，当达到新平衡时，下列说法不正确的是 A．新平衡下E的体积分数为50% B．新平衡下F的平衡浓度为0.5amol/L C．新平衡下E的物质的量为amol D．达平衡时，化学反应速率是后者比前者快 5．（2005·无锡模拟卷）如图，Ⅰ是恒压密闭容器，Ⅱ是恒容密闭容器。其它条件相同时，在Ⅰ、Ⅱ中分别加入2mol X和2mol Y，起始时容器体积均为V L，发生如下反应并达到平衡(X、Y状态未知)：2X(?)＋Y(?)aZ(g)。此时Ⅰ中X、Y、Z的物质的量之比为1:3:2，则下列说法一定正确的是（   ）   A．若X、Y均为气态，则平衡时气体平均摩尔质量：Ⅰ＞Ⅱ  B．若X、Y不均为气态，则平衡时气体平均摩尔质量：Ⅰ＞Ⅱ  C．若X为固态，Y为气态，则Ⅰ、Ⅱ中从起始到平衡所需时间相同  D．平衡时Ⅰ容器的体积小于V L 6．（2003·上海卷）可逆反应N2＋3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是 A．3v正(N2)＝v正(H2) B．v正(N2)＝v逆(NH3) C．2v正(H2)＝3v逆(NH3) D．v正(N2)＝3v逆(H2) 7．（2004·广东卷）在恒温时，一固定容积的容器内发生如下反应：2NO2(g) N2O4(g)，达到平衡时，再向容器内通入一定量的NO2(g)，重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO​2的体积分数 A、不变 B、增大 C、减小D、无法判断 8．（2005·苏锡常镇模拟卷）在一个固定体积的密闭容器中，加入2 molA和1 molB发生如下反应：2A(g)+B(g) 3C(g)十D(s)，达到平衡时C的浓度为1.2 mol/L。若维持容器体积和温度不变，按下列方法改变起始物质，达到平衡时C的浓度仍为1.2 mol/L的是（ ） A．4 mol A十2 mol B B．3 mol C+1 mol D+l mol B C．3 mol C十0.8 m01 D D．1.6 mol A+0.8 mol B+0.6 mol C+0.3 mol D 9．（2005年扬州模拟卷）在恒温、恒容下，有反应2A(g)+2B(g)C(g) +3D(g)，现从两种途径分别建立平衡：途径I：A、B的起始浓度均为2mol/L；途径II：C、D的起始浓度分别为2mol/L和6mol/L以下叙述正确的是（ ） A．两途径最终达到平衡时，体系内各组分的百分含量相同 B．两途径最终达到平衡时，体系内各组分的百分含量不同 C．达到平衡时，途径I的反应速率v(A)等于途径II的反应速率v(A) D．达到平衡时，途径I所得混合气体的压强为途径II所得混合气体的压强的1/2 10．（2006·无锡模拟卷）有一可逆反应　2A(g)＋3B(g) xC(g)，若按下列两种配比在同温同容积的密闭容器中进行反应： （1）0.8molA、1.2molB、1.2molC （2）1.4molA、2.1molB、0.6molC 达到平衡后，C的百分含量相等，则该化学方程式中x的值为（　　　） A．2 B．3 C．4 D．5 二、非选择题（共40分） 11．（10分）（2005·北京宣武模拟卷）现有起始时容积相同的甲、乙两个密闭容器，如下图所示。 （1）在甲容器中加入2mol三氧化硫，乙容器中加入2mol二氧化硫和1mol氧气，如甲容器保持体积不变，乙容器保持压强不变，在相同的温度下（500℃）反应均达平衡。则两容器内压强甲__________乙，（填大于、小于或等于）；容器内混合气体的密度甲__________乙。 （2）若在两个容器中，甲中加入2mol三氧化硫，乙中加入4mol三氧化硫，起始时两容器内的温度和压强均相同，反应过程中，温度保持一定。反应达平衡后三氧化硫的分解率甲_______乙，理由是____ __，若达平衡后，甲容器内三氧化硫的物质的量为a mol，则乙容器中三氧化硫的物质的量__________2a mol。（填“大于”、“小于” 或“等于”）。 12．在一定条件下，把3molN2和3molH2通入一个体积固定的密闭容器中，发生如下反应：N2＋3H22NH3，当反应达到时，容器内气体的压强为p0。 （1）若在上述完全相同的容器中，维持温度不变，通入1molNH3和________mol N2、________molH2,才能使容器内的压强仍为p0。 （2）平衡时N2物质的量为amol，则a的取值范围是 ，NH3的物质的量为bmol，则b的取值范围是 。 （3）达到平衡时，H2和NH3均为1.5mol，你认为是否合理？（填“可能”、“不可能”）___ 。 （10分） 13．（2004·上海卷）在一定条件下，二氧化硫和氧气发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)； (正反应为放热反应) （12分） （1）降低温度，二氧化硫转化率​​__________，化学反应速率________（以上均填增大、减小或不变）。 （2）600℃时，在一密闭容器中，将二氧化硫和氧气混合，反应过程中SO2、O2、SO3物质的量变化如图，反应处于平衡状态的时间是________ （3）据图判断，反应进行至20min时，曲线发生变化的原因是___________（用文字表达）10min到15min的曲线变化的原因可能是_____（填写编号）。 a.加了催化剂 b．缩小容器体积 c．降低温度 d．增加SO3的物质的量 14．在一容积为1L的密闭容器中，充入1molA和1molB，在一定条件下发生反应： 2A(g)+2B(g)3C(g)+D(g)达到平衡后，测得c(A)=0.8mol/L。（8分） （1）若维持原条件不变，再向该容器中通入1molA和1molB，则达到新平衡时，c(D)=____________。 （2）若按物质的量之比3:1通入C、D的混合气体x mol，维持第一次平衡的其他条件不变，以y代表最终容器内A的物质的量，则y=f(x)的表达式为________________。 直接标志: ①正反应和逆反应的速率相等 ②各组分的浓度(颜色)保持不变 ①各组分的百分含量（物质的量）保持不变 ②反应物的平衡转化率、各气体体积保持不变 间接标志: 对于反应mA(g)＋nB(g)�pC(g)＋qD(g) 特殊标志: ①m+n≠p+q，混合气体的总压强、总体积、密度、总物质的量、平均相对分子质量保持不变； ②m+n=p+q，上述因素不能作为判断是否达到平衡的标志。 1 = 2+2 2+2 1+1 2L 1L 1L 压缩 2 3 物质的量/mol 0.20 0.10 0 5 10 15 20 25 30/min SO2 O2 SO3 I II � EMBED PBrush ��� PAGE 6 _1197486581.unknown _1198170925.unknown _1198170960.unknown _1197489791.unknown _1196358812.unknown _1196358813.unknown _1089746752.unknown