4.我们在分析化学平衡移动对颜色、压强、浓度等变化时,有时我们可以给自己建立一个平台,“假设平衡不移动”,然后在此平台的基础上进行分析、比较,就容易得到正确答案。
考点三 等效平衡
1.含义
在一定条件下(等温等容或等温等压),对同一可逆反应体系,起始时加入物质的物质的量不同,而达到化学平衡时,同种物质的百分含量相同。
等效平衡的类型在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压),对同一可逆反应,起始时加入物质的物质的量不同,达平衡时的状态规律如下表:
条件
等效条件
结果
恒温恒容
(△n(g)≠0)
投料换算成相同物质表示时量相同
两次平衡时各组分百分量、n、c均相同
恒温恒容
(△n(g)=0)
投料换算成相同物质表示时等比例
两次平衡时各组分百分量相同,n、c同比例变化
恒温恒压
投料换算成相同物质表示时等比例
两次平衡时各组分百分量、c相同,n同比例变化
深度思考
1.在等温等容条件下,可逆反应:
2A(g)+B(g)
3C(g)+D(g) ΔH=-Q1kJ·mol-1(Q1>0),起始物质的量如下表所示:
序号
A
B
C
D
①
2mol
1mol
0
0
②
4mol
2mol
0
0
③
1mol
0.5mol
1.5mol
0.5mol
④
0
1mol
3mol
1mol
⑤
0
0
3mol
1mol
(1)上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?
达到平衡后,哪些量相同?
(2)达到平衡后,①放出的热量为Q2kJ,⑤吸收的热量为Q3kJ,则Q1、Q2、Q3的定量关系为________________。
等温、等容条件下,对于左右气相物质的化学计量数不等的可逆反应,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),其物质的量对应相同,则它们互为等效平衡。
2.在等温等容条件下,可逆反应:
2A(g)+B(g)
3C(g)+D(s)起始物质的量如下表所示:
序号
A
B
C
D
①
2mol
1mol
0
0
②
4mol
2mol
0
0
③
1mol
0.5mol
1.5mol
0.5mol
④
0
1mol
3mol
1mol
⑤
0
0
3mol
1mol
上述反应达到平衡时,互为等效平衡的是哪几组?
达到平衡后,哪些量相同?
等温、等容条件下,对于左右气相物质的化学计量数相等的可逆反应,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。
3.在等温等压条件下,可逆反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)起始物质的量如下表所示:
序号
A
B
C
D
①
2mol
1mol
0
0
②
4mol
2mol
0
0
③
1mol
0.5mol
1.5mol
0.5mol
④
0
1mol
3mol
1mol
⑤
0
0
3mol
1mol
上述反应达到平衡后,互为等效平衡的是哪几组?
达到平衡后,哪些量相同?
题组一 等温、等容条件下等效平衡的应用
1.将4.0molPCl3和2.0molCl2充入体积不变的密闭容器中,在一定条件下发生下述反应:
PCl3(g)+Cl2(g)
PCl5(g)。
达到平衡时,PCl5为0.80mol,如果此时移走2.0molPCl3和1.0molCl2,在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是( )
A.0.8mol B.0.4mol
C.小于0.4molD.大于0.4mol,小于0.8mol
题组二 等温、等压条件下等效平衡的应用
2.恒温恒压下,在一个容积可变的密闭容器中发生反应:
A(g)+B(g)
C(g),若开始时通入1molA和1molB,达到平衡时生成amolC。
则下列说法错误的是( )
A.若开始时通入3molA和3molB,达到平衡时,生成的C的物质的量为3amol
B.若开始时通入4molA、4molB和2molC,达到平衡时,B的物质的量一定大于4mol
C.若开始时通入2molA、2molB和1molC,达到平衡时,再通入3molC,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为
D.若在原平衡体系中,再通入1molA和1molB,混合气体的平均相对分子质量不变
题组三 等温、等容,等温、等压条件下等效平衡的比较应用
3.有甲、乙两容器,甲容器容积固定,乙容器容积可变。
一定温度下,在甲中加入2molN2、3molH2,反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为mmol。
(1)相同温度下,在乙中加入4molN2、6molH2,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择,只填字母,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量为________mol。
A.小于mB.等于m
C.在m~2m之间D.等于2m
E.大于2m
(2)相同温度下,保持乙的容积为甲的一半,并加入1molNH3,要使乙中反应达到平衡时,各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同,则起始时应加入______molN2和________molH2。
探究高考 明确考向
1.(2014·安徽理综,10)臭氧是理想的烟气脱硝试剂,其脱硝反应为2NO2(g)+O3(g)
N2O5(g)+O2(g),若反应在恒容密闭容器中进行,下列由该反应相关图像作出的判断正确的是( )
A
升高温度,平衡常数减小
B
0~3s内,反应速率为v(NO2)=
0.2mol·L-1
C
t1时仅加入催化剂,平衡正向移动
D
达平衡时,仅改变x,则x为c(O2)
2.(2014·重庆理综,7)在恒容密闭容器中通入X并发生反应:
2X(g)
Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图所示。
下列叙述正确的是( )
A.该反应进行到M点放出的热量大于进行到W点放出的热量
B.T2下,在0~t1时间内,v(Y)=
mol·L-1·min-1
C.M点的正反应速率v正大于N点的逆反应速率v逆
D.M点时再加入一定量X,平衡后X的转化率减小
3.(2013·山东理综,12)对于反应CO(g)+H2O(g)
CO2(g)+H2(g) ΔH<0,在其他条件不变的情况下( )
A.加入催化剂,改变了反应的途径,反应的ΔH也随之改变
B.改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变
C.升高温度,反应速率加快,反应放出的热量不变
D.若在原电池中进行,反应放出的热量不变
4.(2013·北京理综,11)下列实验事实不能用平衡移动原理解释的是( )
5.(2013·重庆理综,7)将E和F加入密闭容器中,在一定条件下发生反应:
E(g)+F(s)
2G(g)。
忽略固体体积,平衡时G的体积分数(%)随温度和压强的变化如下表所示。
体积分数/%温度/℃压强/MPa
1.0
2.0
3.0
810
54.0
a
b
915
c
75.0
d
1000
e
f
83.0
①b<f ②915℃,2.0MPa时E的转化率为60% ③该反应的ΔS>0 ④K(1000℃)>K(810℃)
上述①~④中正确的有( )
A.4个B.3个C.2个D.1个
6.(2013·大纲全国卷,7)反应X(g)+Y(g)
2Z(g) ΔH<0,达到平衡时,下列说法正确的是( )
A.减小容器体积,平衡向右移动
B.加入催化剂,Z的产率增大
C.增大c(X),X的转化率增大
D.降低温度,Y的转化率增大
7.[2014·广东理综,33
(2)]利用下图(a)和(b)中的信息,按图(c)装置(连接的A、B瓶中已充有NO2气体)进行实验。
可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的______(填“深”或“浅”),其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
8.
(1)[2013·山东理综,29
(2)]化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应:
TaS2(s)+2I2(g)
TaI4(g)+S2(g) ΔH>0(Ⅰ)。
如图所示,反应(Ⅰ)在石英真空管中进行,先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g),一段时间