高中化学等效平衡解题技巧
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化学平衡——等效平衡专题一、概念在一定条件(恒温恒压或恒温恒容)下的可逆反应里, 不管从正反应开始还是从逆反应开始, 只要投入的物料相当 ,最终达到化学平衡状态时,任何相同组分的百分含量....(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡。
二、例题解析I 类: 在恒温恒容下,起始投料..的物质的量相同..,最终达到完全相同的平衡.......(什么都相同)状态。
(完全等效)例1:在一定温度下,把2mol SO 2和1mol O 2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应,22O SO 2+3SO 2,当此反应进行到一定程度时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322SO O SO 、、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 )答案:(1)c=2 (2)b=0.25,c=1.5 (3)a+c=2 b+c/2=1(或2b+c=2)。
练习、一个真空密闭恒容容器中盛有1molPCl 5,加热到200℃发生如下反应: PCl 5(g)PCl 3 (g)+Cl 2 (g) ,反应达到平衡时,混合气体中PCl 5,所占体积分数为M%,。
若同一温度的同一容器中,最初投入2 molPCl 5,反应达平衡时,混合气体中PCl 5,所占体积分数为N%。
则M 和N 的关系是 ( )A 、 M >NB 、 M=NC 、 M < ND 、无法确定II 类:在恒温恒容下,反应前后气体体积不变的可逆反应,只要物料比例相同,则两平衡等效。
高中化学重要知识点等效平衡问题及解题思路及原电池1、等效平衡的含义在一定条件(定温、定容或定温、定压)下,只是起始加入情况不同..的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的分数(体积、物质的量)均相同..,这样的化学平衡互称等效平衡。
2、等效平衡的分类(1)定温(T)、定容(V)条件下的等效平衡Ⅰ类:对于一般可逆反应,在定T、V条件下,只改变起始加入情况,只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量与原平衡相同,则二平衡等效。
Ⅱ类:在定T、V情况下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡相同,则二平衡等效。
(2)定T、P下的等效平衡(例4:与例3的相似。
如将反应换成合成氨反应)Ⅲ类:在T、P相同的条件下,改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边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。
原电池:1.原电池形成三条件:“三看”。
先看电极:两极为导体且活泼性不同;再看溶液:两极插入电解质溶液中;三看回路:形成闭合回路或两极接触。
2.原理三要点:(1)相对活泼金属作负极,失去电子,发生氧化反应.(2)相对不活泼金属(或碳)作正极,得到电子,发生还原反应(3)导线中(接触)有电流通过,使化学能转变为电能3.原电池:把化学能转变为电能的装置4.原电池与电解池的比较原电池电解池(1)定义化学能转变成电能的装置电能转变成化学能的装置(2)形成条件合适的电极、合适的电解质溶液、形成回路电极、电解质溶液(或熔融的电解质)、外接电源、形成回路(3)电极名称负极正极阳极阴极(4)反应类型氧化还原氧化还原(5)外电路电子流向负极流出、正极流入阳极流出、阴极流入。
高中化学等效平衡记忆
口诀
WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
高中化学等效平衡记忆口诀2012-10-11 16:28??作者:天津新东方学校??来源:??字
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在高中化学学习当中,"等效平衡"是教师教学和学生学习中的一个重点和难点。
在学生没有完全建立"等效模式"之前,这一问题往往会成为高中化学培优的障碍,如何有技巧地掌握等效平衡问题呢?
天津新东方高中部化学优秀讲师张鹏老师表示,对于等效平衡,我们只要共同掌握“一个方法”和“一个口诀”就可以解决了。
1.方法
极限转移法(将各反应和生成物按照反应的系数关系,尽量向可逆号一边转化,即要么都转化成反应物或者都转化成生成物)
2.口诀
恒温且恒容,相同找比例不同找相同(温度不变,容器的体积不变,对于有气体参与的反应,如果可逆号两边系数相同,只要与原始成比例,就达到了等效;如果可逆号两边系数不同,必须要与原始的物质的量相同,才达到了等效,)恒温且恒压,直接找比例不管同不同(温度不变,压强不变,对于有气体参与的反应,不用管可逆号两边的系数,只要与原始的物质的量成比例,就能达到等效。
)。
高中化学之解决化学平衡问题的最有效思维方法1、虚拟法———“以退为进”原则虚拟法,就是在分析或解决问题时,根据需要和可能,提出一种假设,找到一种中间状态,以此为中介(参照物)进行比较,然后再结合实际条件得出结论。
其关键是虚拟出可以方便解题的对象,顺利实现由条件向结论的转化。
1)虚拟“容器”法对于只有一种气体反应物的化学平衡的体系,浓度变化若从压强变化分析更为简单、容易。
如A(g)B(g)+C (g)或A(g)+B(s)C(g)+D(g),改变A的浓度,平衡移动方向可通过虚拟容器法建立中间状态,然后再从压强变化判断。
例1:A、B、C、D为4种易溶于水的物质,它们在稀溶液中建立如下平衡:A+2B+H2O C+D。
当加水稀释时,平衡向(填“正”或“逆”)反应方向移动,理由是。
解析:可将水虚拟为容器,将A、B、C、D 4种易溶物质虚拟为盛在“水———容器”中的气体物质。
那么,加水稀释,“气体”的体积扩大,压强减小,根据勒夏特列原理,平衡向气体体积增大的方向,即上列平衡的逆反应方向移动。
由此,可以得出结论:溶液稀释时,平衡向溶质粒子数增加的方向移动。
答案:逆;因为稀释后,单位体积内溶质的粒子总数(或总浓度)减小,根据勒夏特列原理,平衡向单位体积内溶质的粒子总数(或总浓度)增加的方向移动。
2)虚拟“状态”法判断化学平衡移动的方向时经常用到以退为进的策略:先得到一个虚拟状态作为中介,然后再恢复到现实状况,进而得出相应的判断。
如根据平衡移动的结果判断平衡移动的方向时,可先虚拟一个中间状态再进行判断,则移动方向不言自明。
例2:某温度下,在一容积可变的容器中,反应2X(g)+Y(g)2Z(g)达到平衡时,X、Y和Z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,可使平衡右移的是()。
A均减半B均加倍C均增加1mol D均减少1mol解析:按选项A、B方式投料,平衡与原来等效,不移动。
浅究高中化学等效平衡问题等效平衡问题是高中化学平衡问题中的难点,近年来,在高考中时有出现,等效平衡问题包括的知识面广规律性强,考查方式灵活,试题变化多样,解题技巧性强,一直是学生们感到头痛的问题,本文就中学化学“等效平衡”问题规律和解题方法进行全面探究。
1 全等平衡和等效平衡(1)等同平衡(完全等效):在一定条件下可逆反应达到平衡状态后,对应各物质的物质的量相同的平衡是全等平衡。
理论依据:化学平衡的建立与途径无关,即条件相同时,平衡无论从正向建立,还是从逆向建立,或从双向建立,达到的平衡是等同的。
判断方法:“一边倒后”对应的物质的物质的量相同,即是全等平衡。
(2)等效平衡:“等效平衡”的含义是什么?指相同效果的平衡状态。
相同效果指的是什么?指达到平衡时,反应混合物中各组成成分的含量(体积分数、物质的量分数等)相等。
由此可见,全等平衡与等效平衡的区别在于,一者是完全相同的平衡,一者只是平衡混合物中同种物质的含量(体积分数或物质的量分数)相同的平衡。
由此可知,全等一定等效,但等效不一定全等。
2 在恒温恒容条件下规律和解决方法1:对于反应前后气体分子数改变的反应,要实现等效,必须是等同,即“一边倒后”对应物质的物质的量相同。
例:在恒定温度下,把2 molSO2和1 molO2通入容积固定的密闭容器中,发生如下反应,,反应达到平衡状态后,保持恒温恒容条件不变,令a、b、c分别代表初始时加入的的物质的量(mol),当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。
回答下例问题:(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__________,____________。
高中化学等效平衡的解题方法与技巧本文介绍了等效平衡,阐述了等效平衡解题的关键点,通过实际解题案例,对高中化学等效平衡的解题方法与技巧进行了综合分析,并总结了相应解题经验。
标签:高中化学;等效平衡;解题方法;技巧前言:高中化学中,等效平衡属于一项重要概念,相当一部分题目中,均含有等效平衡的理念与思想。
在解题过程中,学生需首先判断题目是否能够通过等效平衡来解决,以使该解题方法能够被合理利用,进而提高解题效率,避免延误解题时间,使复杂的化学问题,能够得到简单有效的解决。
1 等效平衡等效平衡指的是在恒溫恒压、或恒温恒容状态下,针对可逆的化学反应,在反应物投料不同的情况下,反应达到平衡状态之后,体系中任意一项组分的含量相同,则认为该状态为等效平衡状态[1]。
了解等效平衡状态,并能够判断反应是否处于等效平衡状态,是利用等效平衡解决高中化学题目的首要条件[2]。
高中化学题目类型不同,难易程度也不尽相同,部分题目原理较为简单,但如学生未深入分析其原理,仅仅关注于题目的表面,则会误认为其比较复杂,进而影响解题兴趣,导致解决质量与效率受到影响[2]。
等效平衡问题便属于上述类型问题中的一种。
部分题目实际上可以应用等效平衡来解决,但在题目中,并不会明显体现出等效平衡的状态,此时,学生必须能够深入剖析题目的本质,才能使解题过程更加简单。
2 等效平衡解题关键点解决等效平衡类问题,首先需要了解等效平衡的构建条件。
从可逆反应的特点的角度来看,可以将等效平衡的构建条件分为以下两种:第一种是,在恒温恒容的条件下,投入一定量的反应物后,两个平衡达到等效平衡状态[3]。
第二种是,在恒温恒压的条件下,投入固定比例反应物后,两个平衡达到等效平衡的状态[4]。
从上述两种情况可以看出,等效平衡状态,在恒温恒容,与恒温恒压状态下,对于反应物用量的要求是不同的,学生在解题时,要注意这一问题,可以将其作为判断化学反应是否处于等效平衡状态的主要标准。
【高中化学】高中化学等效平衡问题的解题技巧等效平衡问题是指利用等效平衡(相同平衡或相似平衡)来进行的有关判断和计算问题,即利用与某一平衡状态等效的过渡平衡状态(相同平衡)进行有关问题的分析、判断,或利用相似平衡的相似原理进行有关量的计算。
所以等效平衡也是一种思维分析方式和解题方法。
这种方法往往用在相似平衡的计算中对概念的理解:(1)外界条件相同:通常可以是①恒温、恒容,②恒温、恒压。
(2)“等效平衡”不同于“完全相同的平衡状态”:“完全相同的平衡状态”是指当达到平衡状态时,任何组分的量分数(或体积分数)相等,反应速率也相同,但每种成分的数量和浓度可能不同。
“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的数量分数(或体积分数)相同,反应速率和压力可以不同。
(3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关,(如:①无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始②投料是一次还是分成几次③反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程,)只要起始浓度相当,就达到相同的平衡状态。
等价余额的条件和判断:(1)恒温恒容下,改变起始加入物质的物质的量,如通过可逆反应的化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相等,则达平衡后与原平衡等效(2)在恒温、定容条件下,对于反应前后物质量相等的可逆反应,只要反应物(或产物)的物质量之比与初始平衡相同,这两个平衡就相当(3)恒温恒压下,改变起始加入物质的物质的量,只要按化学计量数,换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效不同条件下的等效平衡:1.对于一般可逆反应,在恒温、恒容条件下建立平衡,改变起始时加入物质的物质的量,如果能够按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。
例如,根据以下三种方法,在恒定温度和恒定体积下建立的平衡是等效的3h2(g)+n2(g)=2nh3(g)ⅰ3摩尔1摩尔0ⅱ002molⅲabcⅲ中,应满足:b+c/2=1,a+3c/2=3。
化学等效平衡解题技巧(1)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,在达到化学平衡状态时,各组分的百分含量(体积分数、物质的量分数、质量分数)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡。
若不仅各组分的物质的量分数对应相等,而且其物质的量也对应相等,则两平衡互为等同平衡。
等同平衡可视为等效平衡的一种特殊情况。
I类:恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即△V≠0的体系):等价转化后,对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。
II类:恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即△V=0的体系):等价转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
III类:恒温恒压下对于气体体系等效转化后,要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
解等效平衡的题,有一种基本的解题方法——极限转换法。
(I类)同T、V,△V≠0,建立等效平衡的条件是:反应物投料量相当。
1. 在1L密闭容器中加入2molA和1molB,在一定温度下发生下列反应:2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g),达到平衡时容器内D的百分含量为a%。
若保持容器体积和温度不变,分别通入下列几组物质达到平衡时容器内D的百分含量也为a%的是A.3molC和1molD B.2molA、1molB和3molCC.4molC和1molD D.1.9molA、0.95molB、0.15molC和0.05molD2. 在t℃时,向2L密闭容器中放入1molA和1molB,发生反应:A(g)+B(g) C(g)+2D(g),平衡时C的含量为m%,保持其他条件不变,若按下列配比放入容器中达到平衡时,C的含量仍为m% 的是A.2molA和1molB B.2molD和A、B、C各1molC.1molC和2molD D.1molC和1molD3. 在一个固定体积的密闭容器中,加入2mol A和1mol B,发生反应:2A(g)+B(g) 3C(g)+D(g) 达平衡时,C(C)=W mol/L。
专题一、 等效平衡问题1、 定义:在相同条件下(定温定容或定温定压),对同一可逆反应,由于起始有关物质的量“相当”,无论从正反应开始还是从逆反应开始,均可达到平衡,且任何组分的含量(通常为百分含量)相同,这样的平衡互称为等效平衡。
2、 等效平衡的类型及建立等效平衡的条件规律一: 恒.温.恒.容.条件下,对于任何..(无论反应前后气体分子数是否相同)可逆反应....,如果起始加入物质的物质的量不同,按化学方程式中的化学计量关系换算成同一方向的物质(即“一边倒”)后,各组分的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效,平衡时,同种组分的体积分数、物质的量浓度、物质的量均相同(也可叫全等平衡)。
如: mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)起始① mmol nmol 0 0起始② 0 0 pmol qmol上述两种情况投料不同,但是将②中投料“左边倒”后,四种物质的物质的量均同①相同,因此两种情况可达到等效平衡,平衡时,同种组分(如A )的体积分数、物质的量浓度、物质的量均相同。
例1.在一固定体积的密闭容器中通入2molA 和1molB 发生反应2A(g)+B(g)3C(g)+D(g)反应达到平衡时,测得C的物质的量浓度为wmol/L.若维持容器的容积不变,按下列四种配比做起始浓度,达平衡后,C的浓度仍维持wmol/L的是()A、4molA+2molBB、2molA+1molB+3molC+1molDC、3molC+1molD+1molBD、3molC+1molD例2、在固定体积的密闭容器中,加入2molA,1molB,发生反应:A(g)+B(g)2C(g)达到平衡时,C的质量分数为ω%,在相同条件下按下列情况充入物质达到平衡时C的质量分数仍为ω%的是()A.2molCB.3molCC.4molA,2molBD.1mola,2molC例3、在一个固定体积的密闭容器中,保持一定浓度,进行以下反应:4A(g)+5B(g) 4C(g)+6D(g),已知加入4molA和5molB时,反应进行到一定程度时,反应混合物就处于平衡状态,现在该容器中,保持温度不变,令a,b,c,d分别代表初始加入的A,B,C,D的物质的量,如果a,b,c,d取不同的数值,它们必须满足一定关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中几种物质的百分含量仍跟上述平衡时完全相同,请填写下列空白:(1)若a=0,b=0, 则c= ,d= .(2)若a=1,则b= ,c= ,d=(3)a,b,c,d取值必须满足的一般条件是(请用方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c): , .规律二: 恒温恒...压.条件下,对于任何..(无论反应前后气体分子数是否相同)可逆反应....,如果起始加入物质的物质的量不同,按化学方程式中的化学计量关系“一边倒”后, 各组分的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效,平衡时,同种组分的体积分数、物质的量浓度相同,但物质的量不同。
化学等效平衡解题技巧一、概念在一定条件(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,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的含量(体积分数、物质的量分数等)均相同,这样的化学平衡互称等效平衡(包括“相同的平衡状态”)。
概念的理解:(1)外界条件相同:通常可以是①恒温、恒容,②恒温、恒压。
(2)“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同:“完全相同的平衡状态”是指在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数)对应相等,并且反应的速率等也相同,但各组分的物质的量、浓度可能不同。
而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同。
(3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关,(如:①无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始②投料是一次还是分成几次③反应容器经过扩大—缩小或缩小—扩大的过程,)只要起始浓度相当,就达到相同的平衡状态。
二、等效平衡的分类在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种:I类:恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即△V≠0的体系):等价转化后,对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。
II类:恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即△V=0的体系):等价转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
III类:恒温恒压下对于气体体系等效转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。
解题的关键,读题时注意勾画出这些条件,分清类别,用相应的方法求解。
我们常采用“等价转换”的方法,分析和解决等效平衡问题三、例题解析I类:在恒温恒容下,对于化学反应前后气体体积发生变化的可逆反应,只改变起始加入物质的物质的量,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。
例1:在一定温度下,把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容积的密闭容器中,发生如下反应,,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: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,通过化学方程式可以看出,反应从2 mol SO3开始,通过反应的化学计量数之比换算成和的物质的量(即等价转换),恰好跟反应从2 mol SO2和1 mol O2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,通过化学方程式可以看出,要使0.5 mol SO2反应需要同时加入0.25 mol O2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0.5 mol SO3是等效的,这时若再加入1.5mol SO3就与起始时加入2 mol SO3是等效的,通过等价转换可知也与起始时加入2 mol SO2和1 mol O2是等效的。
故b=0.25,c=1.5。
(3)题中要求2 mol SO2和1 mol O2要与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3建立等效平衡。
由化学方程式可知,c mol SO3等价转换后与c mol SO2和等效,即是说,和与a mol SO2、b mol O2和c mol SO3等效,那么也就是与2 mol SO2和1 mol O2等效。
故有。
II类:在恒温恒容下,对于反应前后气体体积不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效。
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:已知加入1 mol H2和2 mol Br2时,达到平衡后生成a mol HBr(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,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(起始):n(起始):n(HBr平衡)=1:2:a,将n(H2起始)=2 mol,n(Br2起始)=4 mol,代入上式得n(HBr平衡)=2a。
②参照标准项可知,n(HBr平衡)=0.5a mol,需要n(H2起始)=0.5 mol,n(Br2起始)=1 mol,n(HBr起始)=0 mol。
而现在的起始状态,已有1 mol HBr,通过等价转换以后,就相当于起始时有0.5 mol H2和0.5 mol Br2的混合物,为使n(H2起始):n(Br2起始)=1:2,则需要再加入0.5 mol Br2就可以达到了。
故起始时H2和Br2的物质的量应为0 mol和0.5mol。
③设起始时HBr的物质的量为x mol,转换成H2和Br2后,则H2和Br2的总量分别为()mol和()mol,根据,解得。
设平衡时HBr的物质的量为y mol,则有,解得。
III类:在恒温恒压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,达到平衡状态后与原平衡等效。
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:(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: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。
已知起始时各物质的体积分别为1体积N2、b体积H2和2体积。
根据“等价转换”法,将2体积通过反应的化学计量数之比换算成和的体积,则相当于起始时有(1+1)体积和(b+3)体积,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为1体积;而在起始时,的体积为c=2体积,比平衡状态时大,为达到同一平衡状态,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所求出的平衡时的体积为1可知,的体积必须大于1,最大值则为2体积和6体积完全反应时产生的的体积,即为4体积,则。
(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,所以采取降温措施。
例4:(一)恒温、恒压下,在一个容积可变的容器中发生如下反应:(1)若开始时放入1 mol A和1 mol B,达到平衡后,生成a mol C,这时A的物质的量为________ mol。
(2)若开始时放入3 mol A和3 mol B,达到平衡后,生成C的物质的量为_________mol。
(3)若开始时放入x mol A、2 mol B和1 mol C,达到平衡后,A和C的物质的量分别为y mol和3a mol,则x=________,y=________。
平衡时,B的物质的量________(填编号)。
(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2 mol(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C,待再次达到平衡后,C的物质的量分数是___________。
(二)若维持温度不变,在一个与(一)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1 mol A和1 mol B到达平衡后生成b mol C。
将b与(1)小题中的a 进行比较__________(填编号)。
(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:(一)(1)由反应知,反应达平衡后,若有a mol C生成,则必有a mol A物质消耗,此时剩余A的物质的量为(1-a)mol。
(2)在恒温、恒压下,若投放3 mol A和3 mol B,则所占有的体积为(1)中的3倍。
由于A、B的投放比例与(1)相同,故平衡时与(1)等效,而C的物质的量为3a mol。
(3)由于达到平衡时C的物质的量为3a mol,故此平衡状态与(2)完全相同。
若把C 的物质的量完全转化为A和B,A、B的物质的量应与(2)完全相等。
起始(mol): x 2 1将C转化为A、B(mol):x+1 2+1 0平衡时(mol): y 3-3a 3a据题意有:,解得;,解得y=3-3a。
通过上述可知,平衡时B的物质的量为(3-3a)mol,由于该反应起始时投放的物质为A、B、C均有,即从中间状态开始达到平衡,故平衡可能向左、向右或不移动,也即3a可能大于、小于或等于1(不移动时,),故(3)中B的物质的量应为(丁)。
(4)在(3)的平衡中,再加入3mol C,所达到的平衡状态与(1)、(2)、(3)皆为等效状态,通过(1)可求出C的物质的量分数为,也就是在(3)的平衡状态时C的物质的量分数。
(二)(5)因此时容器的容积不变,而(1)中容器的容积缩小,(5)小题中容器相当于在(1)的基础上减压,则平衡逆向移动,故反应达到平衡后a>b,即应填(甲)。