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。
2.原理
同一可逆反应,当外界条件一定时,反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,最后都能达到平衡状态。
其中平衡混合物中各物质的含量相同。
由于化学平衡状态与条件有关,而与建立平衡的途径无关。
因而,同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则可形成等效平衡。
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________________。
答案
(1)①③⑤互为等效平衡。
表现在达到平衡后物质的量、质量、体积、物质的量浓度、各组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)相同。
(2)Q2+Q3=Q1
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?
答案 ①②③⑤互为等效平衡。
表现在达到平衡后各组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)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?
答案 ①②③⑤互为等效平衡。
表现在达到平衡后物质的量浓度、组分百分含量(物质的量分数、质量分数、体积分数)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
答案 C
解析 采用等效平衡方法加以解决,反应达到平衡后,此时移走2.0molPCl3和1.0molCl2,若不考虑平衡移动,则此时PCl5的物质的量为0.4mol;移走2.0molPCl3和1.0molCl2后,相当于减小压强,故平衡向逆反应方向移动,所以再次达平衡时PCl5的物质的量小于0.4mol,C项正确。
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改变
答案 BD
解析 选项A,开始时通入3molA和3molB,由于容器体积膨胀,保持恒压,相当于将三个原容器叠加,各物质的含量与原平衡中的相同,C的物质的量为3amol;选项B,无法确定平衡移动的方向,不能确定平衡时B的物质的量一定大于4mol;选项C,根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为
;选项D,这种条件下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。
答案
(1)D E
(2)0.5 0
解析
(1)由于甲容器定容,而乙容器定压,它们的压强相等,达到平衡时,乙的容积应该为甲的两倍,生成的NH3的物质的量应该等于2mmol。
当甲、乙两容器的容积相等时,相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩,故乙中NH3