二深化点应用等效平衡模板速解化学平衡难题.docx
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二深化点应用等效平衡模板速解化学平衡难题
二、深化点——应用等效平衡模板，速解化学平衡难题
等效平衡原理
1．等效平衡的含义
在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，同一可逆反应体系，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，还是从正、逆反应同时开始，达到化学平衡状态时，同种物质的百分含量（质量分数、物质的量分数、体积分数等）相同，这样的化学平衡互称等效平衡。
2．对等效平衡的理解
（1）外界条件：
通常是恒温恒容或恒温恒压。
（2）平衡状态只与始态有关，而与途径无关（如不论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始；投料是一次投放还是分成几次投放；反应容器经过扩大→缩小，还是缩小→扩大的过程），只要起始浓度相当，就达到等效平衡状态。
3．等效平衡的类型和特征
等效类型
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
条件
恒温恒容
恒温恒容
恒温恒压
起始投
料“量”
换算为同一半边时，投料相同
换算为同一半边时，投料比相同
换算为同一半边时，投料比相同
对反应
的要求
任何可逆反应
反应前后气体体积相等
任何可逆反应
平衡
特点
w
相同
相同
相同
c
相同
成比例
相同（气体）
n
相同
成比例
成比例
等效平衡的判断及应用
1．恒温恒容条件下等效平衡的判断
（1）反应前后气体分子数不等的可逆反应
对于反应前后气体分子数不等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学计量数之比换算成同一半边物质（一边倒），其物质的量对应相等，则它们互为等效平衡。
见下表[以可逆反应：
N2（g）＋3H2（g）
2NH3（g）为例]：
N2
H2
NH3
判断
应用
①
1mol
3mol
0
②③④和①互为等效平衡
达到平衡后各物质的质量、体积、物质的量浓度、含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）相同
②
0
0
2mol
③
0.5mol
1.5mol
1mol
④
amol
bmol
cmol
a＋
＝1，b＋
＝3
（2）反应前后气体分子数相等的可逆反应
对于反应前后气体分子数相等的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学计量数之比换算成同一半边物质（一边倒），其物质的量对应成比例，则它们互为等效平衡。
见下表[以可逆反应：
H2（g）＋I2（g）
2HI（g）为例]：
H2
I2
HI
判断
应用
①
2mol
1mol
0
②③④和①互为等效平衡
达到平衡后各物质的含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）相同
②
4mol
2mol
0
③
1mol
0
2mol
④
amol
bmol
cmol
∶
＝2∶1
2．恒温恒压条件下等效平衡的判断
在恒温恒压条件下，对于任何有气体物质参加的可逆反应，改变起始时加入物质的物质的量，若按可逆反应化学计量数之比换算成同一半边物质（一边倒），其物质的量对应成比例，则它们互为等效平衡。
见下表[以可逆反应：
2A（g）＋B（g）
3C（g）＋D（g）为例]：
A
B
C
D
判断
应用
①
2mol
1mol
0
0
②③④和①互为等效平衡
达到平衡后各物质的物质的量浓度、含量（物质的量分数、质量分数、体积分数）相同
②
4mol
2mol
0
0
③
1mol
0.5mol
1.5mol
0.5mol
④
0
0
3mol
1mol
解答等效平衡类题目的思维模板
1．构建等温等容平衡思维模式（见图示）
新平衡体系可认为是两个原平衡体系简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。
2．构建等温等压平衡思维模式（见图示）
新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。
利用“虚拟过程”解答化学平衡问题
1．对反应过程进行“虚拟”
（1）正反应为气体分子数增大的反应
[示例1] 把晶体N2O4放入一固定容积的密闭容器中汽化并建立N2O4（g）2NO2（g）平衡后，保持温度不变，再通入与起始时等量的N2O4气体，反应再次达平衡，则新平衡N2O4的转化率与原平衡比（ ）
A．变大 B．变小
C．不变D．无法确定
[分析]
第①步两容器平衡后状态一模一样。
第②步撤去隔板没有任何变化。
第③步压缩时平衡逆向移动，故N2O4的转化率变小。
注意：
加入N2O4，该平衡正向移动，这是真实存在的。
运用过程假设法，推导平衡逆向移动，逆向移动是虚拟的，不是真实存在的，这一点要特别注意。
[答案] B
（2）正反应为气体分子数减小的反应
[示例2] 在恒温、恒容密闭容器中发生反应：
2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），原有反应物SO2、O2均为1mol，平衡后，再向容器中充入1molSO2和1molO2，则SO2的转化率变化为________（填“增大”“减小”“不变”）。
[分析]
第③步压缩时平衡正向移动，故SO2的转化率增大。
[答案] 增大
2．对化学计量数进行“虚拟”
[示例3] 向密闭容器中充入2molA和1molB，发生反应2A（g）＋B（g）xC（g），达到平衡后，C的体积分数为w%；若维持容器的容积和温度不变，按起始物质的量A：
0.6mol、B：
0.3mol、C：
1.4mol充入容器，达到平衡后，C的体积分数仍为w%，则x的值（ ）
A．只能为2B．只能为3
C．可能为2，也可能为3D．无法确定
[分析] 解题时可对方程式中的化学计量数进行虚拟：
分x＝3和x≠3两种情况进行分析。
由题给条件和等效平衡原理可知，若x＝3，符合等体积反应，“一边倒，判比例”；若x＝2，符合非等体积反应，恒温恒容“一边倒，判量等”。
[答案] C
3．对反应体系所处状态进行“虚拟”
[示例4] 在一密闭容器中，反应aA（g）bB（g）达到平衡后，保持温度不变，将容器体积增加一倍，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的60%，则（ ）
A．平衡向逆反应方向移动了
B．物质A的转化率减小了
C．物质B的质量分数增加了
D．a＞b
[分析] 反应达到平衡时，将容器体积增大一倍，我们先假设平衡不发生移动，则体系中各物质的物质的量不变，体积增大一倍，B物质的浓度应该是原来的50%，而题目中B的浓度达到了60%，就说明体积增大有更多B物质生成，平衡向正反应方向移动。
[答案] C
4．物质转化中的“虚拟”
[示例5] 将2.0molSO2气体和2.0molSO3气体混合于固定容积的密闭容器中，在一定条件下发生反应：
2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g），达到平衡时SO3为nmol。
在相同温度下，分别按下列配比在相同密闭容器中放入起始物质，平衡时SO3等于nmol的是（ ）
A．1.6molSO2＋0.3molO2＋0.4molSO3
B．4.0molSO2＋1.0molO2
C．2.0molSO2＋1.0molO2＋2.0molSO3
D．3.0molSO2＋1.0molO2＋1.0molSO3
[分析] 采取极端假设法。
将备选项中O2完全转化后（即等效转化），得如下数据：
A．1.0molSO2＋1.0molSO3
B．2.0molSO2＋2.0molSO3
C．4.0molSO3
D．1.0molSO2＋3.0molSO3
依据恒温恒容下建立等效平衡的条件，两组量若为等效平衡，进行等效转化后对应量要相等。
[答案] B
[专项增分集训]
1．在一个固定体积的密闭容器中，加入2molA和1molB，发生反应：
2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（g），达到平衡时，C的浓度为amol·L－1，若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比加入起始物质，达到平衡后，C的浓度仍为amol·L－1的是（ ）
A．4molA＋2molB
B．1molA＋1molB＋3molC＋1molD
C．3molC＋1molD＋1molB
D．3molC＋1molD
解析：
选D 本题中的条件为恒容，反应特点为非等体积反应。
此类题目的做法是运用“一边倒”的方法全部转化成反应物或生成物，各物质的物质的量分别与起始状态相同，达到的平衡即为等效平衡。
2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（g）
起始物质的量/mol2100
A项/mol4200
等效后的B项/mol3200
等效后的C项/mol2200
等效后的D项/mol2100
则选D。
2．在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH＝－92.4kJ·mol－1]
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1molN2、
3molH2
2mol
NH3
4mol
NH3
NH3的浓度（mol·L－1）
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出akJ
吸收bkJ
吸收ckJ
体系压强（Pa）
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法不正确的是（ ）
A．c1＝c2 B．a＋b＝92.4
C．2p2＝p3D．α2>α3
解析：
选C 甲投入1molN2、3molH2，乙容器投入2molNH3，恒温恒容条件下，甲容器与乙容器是等效平衡，c1＝c2，a＋b＝92.4，A、B正确；丙容器反应物投入4molNH3，是乙的二倍，若平衡不移动，丙中压强为乙的二倍，由于丙中相当于增大压强，平衡正向移动，氨气的转化率α2＞α3，丙中压强减小，小于乙的2倍，即2p2＞p3，C不正确，D正确。
3．（2018·哈尔滨第三中学质检）如图所示，甲容器容积固定不变，乙容器有可移动的活塞。
甲中充入2molSO2和1molO2，乙中充入4molSO3和1molHe，在恒定温度和相同的催化剂条件下，发生反应：
2SO3（g）2SO2（g）＋O2（g）。
下列有关说法正确的是（ ）
A．若活塞固定在6处不动，达平衡时甲、乙两容器中的压强：
p乙＝p甲
B．若活塞固定在3处不动，达平衡时甲、乙两容器中SO3的浓度：
c（SO3）乙＞2c（SO3）甲
C．若活塞固定在3处不动，达平衡时甲、乙两容器中SO2的体积分数：
φ（SO2）乙＞2φ（SO2）甲
D．若活塞固定在7处不动，达平衡时两容器中SO3的物质的量分数相等
解析：
选B 4molSO3就相当于是4molSO2和2molO2。
若活塞固定在6处不动，甲、乙两容器属于等效平衡，但是乙中有1mol氦气，压强大于甲的压强，A不正确；如果活塞固定在3处不动，则甲和乙中的容积是相同的，由于乙中压强比甲的压强大，平衡逆向移动，则平衡时c（SO3）乙＞2c（SO3）甲，φ（SO2）乙＜φ（SO2）甲，故B正确，C不正确；如果活塞固定在7处不动，由于乙中还含有1molHe，则相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，两容器中SO3的物质的量分数不相等，D不正确。
4．在甲、乙、丙三个不同密闭容器中按不同方式投料，一定条件下发生反应（起始温度和起始体积相同）：
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） ΔH<0，相关数据如下表所示：
容器
甲
乙
丙
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