届高考化学 专题十五 等效平衡的三种情况精准培优专练.docx

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届高考化学专题十五等效平衡的三种情况精准培优专练

培优点十五等效平衡的三种情况

1．恒温恒容—（△n（g）≠0）投料换算成相同物质表示时量相同

典例1．在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一定容积的密闭容器中，发生如下反应，2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g），当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。

现在该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始时加入的SO2（g）、O2（g）、SO3（g）的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡状态时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。

请填空：

（1）若a=0，b=0，则c=___________。

（2）若a=0.5，则b=___________，c=___________。

（3）a、b、c的取值必须满足的一般条件是___________，___________。

（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）

【解析】通过化学方程式：

2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应，在定温、定容下建立的同一化学平衡状态。

起始时，无论怎样改变SO2（g）、O2（g）、SO3（g）的物质的量，使化学反应从正反应开始，还是从逆反应开始，或者从正、逆反应同时开始，它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的，即它们之间存在等效平衡关系。

我们常采用“等价转换”的方法，分析和解决等效平衡问题。

（1）若a=0，b=0，这说明反应是从逆反应开始，通过化学方程式2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）可以看出，反应从2molSO3开始，通过反应的化学计量数之比换算成SO2和O2的物质的量（即等价转换），恰好跟反应从2molSO2和1molO2的混合物开始是等效的，故c=2。

（2）由于a=0.5<2，这表示反应从正、逆反应同时开始，通过化学方程式2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）可以看出，要使0.5molSO2反应需要同时加入0.25molO2才能进行，通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量（即等价转换）与0.5molSO3是等效的，这时若再加入1.5molSO3就与起始时加入2molSO3是等效的，通过等价转换可知也与起始时加入2molSO2和1molO2是等效的。

故b=0.25，c=1.5。

（3）题中要求2molSO2和1molO2要与amolSO2、bmolO2和cmolSO3建立等效平衡。

由化学方程式2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）可知，cmolSO3等价转换后与cmolSO2和0.5cmolO2等效，即是说，（a+c）molSO2和（b+0.5c）molO2与amolSO2、bmolO2和cmolSO3等效，那么也就是与2molSO2和1molO2等效。

故有a+c=2，b+0.5c=1。

【答案】

（1）c=2

（2）b=0.25，c=1.5

（3）a+c=2，b+0.5c=1

2．恒温恒容—（△n（g）=0）投料换算成相同物质表示时等比例

典例2．在一个固定容积的密闭容器中，保持一定的温度进行以下反应：

H2（g）+Br2（g）

2HBr（g）；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①～③的状态，填写下表中的空白。

【解析】在定温、定容下H2（g）+Br2（g）

2HBr（g）建立起化学平衡状态，从化学方程式可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数相等的可逆反应。

根据“等价转换”法，通过反应的化学计量数之比换算成同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡后与原平衡等效。

①因为标准项中n（H2）起始∶n（Br2）起始∶n（HBr）平衡=1∶2∶a，将n（H2）起始=2mol，n（Br2）起始=4mol，代入上式得n（HBr）平衡=2a。

②参照标准项可知，n（HBr）平衡=0.5amol，需要n（H2）起始=0.5mol，n（Br2）起始=1mol，n（HBr）起始=0mol。

而现在的起始状态，已有1molHBr，通过等价转换以后，就相当于起始时有0.5molH2和0.5molBr2的混合物，为使n（H2）起始∶n（Br2）起始=1∶2，则需要再加入0.5molBr2就可以达到了。

故起始时H2和Br2的物质的量应为0mol和0.5mol。

③设起始时HBr的物质的量为xmol，转换成H2和Br2后，则H2和Br2的总量分别为（m+0.5x）mol和（g+0.5x）mol，根据（m+0.5x）∶（g+0.5x）=1∶2，解得x=2（g-2m）。

设平衡时HBr的物质的量为ymol，则有1∶a=（m+0.5x）∶y，解得y=a（g-m）。

【答案】①2a

②0mol；0.5mol

③2（g-2m）；a（g-m）

3．恒温恒压—投料换算成相同物质表示时等比例

典例3．如图所示，在一定温度下，把2体积N2和6体积H2通入一个带有活塞的容积可变的容器中，活塞的一端与大气相通，容器中发生以下反应：

N2+3H2

2NH3（正反应放热），若反应达到平衡后，测得混合气体的体积为7体积。

据此回答下列问题：

（1）保持上述反应温度不变，设a、b、c分别代表初始加入的N2、H2和NH3的体积，如果反应达到平衡后混合气体中各气体的体积分数仍与上述平衡相同，那么：

①若a=1，c=2，则b=_________。

在此情况下，反应起始时将向_________（填“正”或“逆”）反应方向进行。

②若需规定起始时反应向逆反应方向进行，则c的取值范围是_________。

（2）在上述装置中，若需控制平衡后混合气体为6.5体积，则可采取的措施是_________，原因是_____________________________________________________________________。

【解析】

（1）①化学反应：

N2+3H2

2NH3在定温、定压下进行，要使平衡状态与原平衡状态等效，只要起始时

=

就可以达到。

已知起始时各物质体积分别为1体积N2、b体积H2和2体积NH3。

根据“等价转换”法，将2体积NH3通过反应的化学计量数之比换算成N2和H2的体积，则相当于起始时有（1+1）体积N2和（b+3）体积H2，它们的比值为

=

，解得b=3。

因反应前混合气体为8体积，反应后混合气体为7体积，体积差为1体积，由差量法可解出平衡时NH3为1体积；而在起始时，NH3的体积为c=2体积，比平衡状态时大，为达到同一平衡状态，NH3的体积必须减小，所以平衡逆向移动。

②若需让反应逆向进行，由上述①所求出的平衡时NH3的体积为1可知，NH3的体积必须大于1，最大值则为2体积N2和6体积H2完全反应时产生的NH3的体积，即为4体积，则1˂c≤2。

（2）由6.5˂7可知，上述平衡应向体积缩小的方向移动，亦即向放热方向移动，故采取降温措施。

【答案】

（1）①b=3；逆向；②1˂c≤2

（2）降温；由6.5˂7可知，上述平衡应向体积缩小的方向移动，亦即向放热方向移动，故采取降温措施。

1．向恒温恒压容器中充入2molNO、1molO2，发生反应：

2NO（g）＋O2（g）

2NO2（g）。

下列情况不能说明反应已达到平衡状态的是（）

A．容器体积不再改变B．混合气体的颜色不再改变

C．混合气体的密度不再改变D．NO与O2的物质的量的比值不再改变

【解析】A.反应在恒温恒压条件下进行，若反应未达平衡则容器体积变化，若体积不变则达平衡状态，

选项A不选；B.NO2为红棕色气体，其他反应物为无色气体，若混合气体的颜色不再改变，则反应达平衡状态，选项B不选；C.反应在恒温恒压条件下进行，若反应未达平衡则容器体积变化，气体总质量不变，则密度变化，若密度不变则达到平衡，选项C不选；D、充入2molNO、1molO2，且两反应物质的化学计量数之比为2∶1，则无论反应是否达平衡，NO与O2的物质的量的比值均为2∶1，不再改变，选项D选。

【答案】D

2．一定温度下，在恒容密闭容器中发生如下反应：

2A（g）+B（g）

3C（g），若反应开始时充入2molA和2molB，达平衡后A的体积分数为a%。

其他条件不变时，若按下列四种配比作为起始物质，平衡后A的体积分数大于a%的是（）

A．2.5molC

B．2molA、2molB和10molHe（不参加反应）

C．1.5molB和1.5molC

D．2molA、3molB和3molC

【解析】反应2A（g）+B（g）

3C（g）中，气体的体积前后相同，在一定温度下，在恒容密闭容器中得到平衡状态，只要满足物质全部转化为A、B，且满足n（A）∶n（B）=1∶1，就是等效平衡，结合浓度对平衡移动的影响，只要加入的物质的量：

n（A）∶n（B）＞1∶1，平衡后A的体积分数大于a%，A.2molC相当于

molA和

molB，二者的比值为2∶1，大于1∶1，则平衡后A的体积分数大于a%，选项A正确；B.2molA、2molB和1molHe（不参加反应），n（A）∶n（B）=2∶2，等于1∶1，则平衡后A的体积分数等于a%，选项B错误；C.1molB和1molC，相当于

molA和

molB，n（A）∶n（B）=1∶2，小于1∶1，则平衡后A的体积分数小于a%，选项C错误；D.2molA、3molB和3molC，相当于4molA和4molB，二者的比值为4∶4，等于1∶1，则平衡后A的体积分数等于a%，选项D错误，答案选A。

【答案】A

3．N2O5是一种新型硝化剂，一定温度下发生反应2N2O5（g）

4NO2（g）＋O2（g）　ΔH>0,T1温度下的部分实验数据如下表所示。

t/s

0

500

1000

1500

c（N2O5）/（mol·L−1）

5.00

3.52

2.50

2.50

下列说法正确的是

A．该反应在任何温度下均能自发进行

B．T1温度下的平衡常数为K1＝125，1000s时N2O5（g）转化率为50%

C．其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5（g）浓度为2.98mol·L−1，则T1

D．T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则K1

【解析】A．该反应为熵增、焓增的反应，根据△G=△H-T△S，高温有利于自发进行，选项A错误；B．由表中数据可知，T1温度下，1000s时反应到达平衡，平衡时c（N2O5）=2.5mol·L−1，c（NO2）=5mol·L−1，c（O2）=1.25mol·L−1，平衡常数K=

=

=125，转化率为

×100%=50%，选项B正确；C．该反应正反应是吸热反应，升高温度，反应速率加快，平衡向正反应移动，平衡时时N2O5（g）浓度应降低，其他条件不变时，T2温度下反应到1000s时测得N2O5（g）浓度为2.98mol·L−1，浓度大于2.5mol·L−1，故不可能为升高温度，应为降低温度，故T1＞T2，选项C错误；D．平衡常数只受温度影响，T1温度下的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1＞T2，反应吸热反应，则K1＞K2，选项D错误；选B。

【答案】B

4．在一密闭容器中，反应aA（g）

bB（g）达平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，A的浓度变为原来的60%，则（）

A．a＜bB．平衡向逆反应方向移动了

C．平衡向正反应方向移动了D．物质B的质量分数增加了

【解析】A