等效平衡

（十三）等效平衡专题

1 （十三）等效平衡专题

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：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。

3．等效平衡规律

等效类型 ① ②

③

条件 恒温、恒容 恒温、恒容 恒温、恒压

反应的特点 任何可逆反应 反应前后气体

分子数相等 任何可逆反应

起始投料 换算为化学方程式同一边物质；其“量”相同 换算为化学方程式同一边物质；其“量”符合同一比例 换算为化学方程式同一边物质；其“量”符合同一比例

平

衡

特

点 质量分数

(w%) 相同 相同 相同

浓度(c) 相同 成比例 相同(气体)

物质的量

(n) 相同 成比例 成比例

恒温恒压下等效平衡的分析方法——虚拟容器法

对某一可逆反应，无论反应前后气体体积是否相等，改变起始时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，若物质的量之比与对应组分起始加入的物质的量之比相同，则达到的平衡与原平衡等效。如在恒温、恒压条件下，可逆反应：

①②的图示如下：

对于不是恒压下的条件，也可以利用此模型，即先在恒压条件下建立等效平衡然后再压缩，比如上述①③若在恒容条件下比较，可以先在恒压条件下比较出二者是等效的，各物质的百分含量是相同的，然后再将③的容器压缩至一半，则分析出再次平衡后SO3的体积分数会增大。

（十三）等效平衡专题

2 （1）构建恒温恒容平衡思维模式

新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。

（2）构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例，见图示)

新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。

（3）恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)

【知识点】等效平衡

一、等效平衡的概念

某一可逆反应，在一定条件（T、c、p）下，经过不同的途径建立平衡时，各组分的百分含量（质量百分含量、体积分数、物质的量分数）对应相等的状态互称为等效平衡状态（简称等效平衡）。

比如，我们到达的目的地是郭店，可以从新郑或新村出发，也可以从郑州或龙湖出发，行走的方向可能相同也可能相反，走的途径不一样，路程也可能不相等，但最终目的是一样的，都是郭店，即都达到了相同的效果，就是等效的。

二、判断“等效平衡”的方法

（1）使用极限转化的方法将体系转化成同一方向的反应物或生成物。

（2）观察有关物质的量是否相等或成比例。

三、等效平衡规律

mA(g)+nB(g) ⇌ pC(g)+qD(g)

条件 反应前后气体分子数关系 等效条件 结果

恒温恒容 不相等

m+n≠p+q 极限转化后对应物质的物质的量相等 两次平衡时各组分百分含量、n、c均相同 相等

m+n＝p+q 极限转化后对应物质的物质的量比值相等 两次平衡时各组分百分量相同，n、c同比例变化，不一定相等

恒温恒压 不相等或相等 极限转化后对应物质的物质的量比值相等 两次平衡时各组分百分含量、c相同，n同比例变化

【习题】

（一）恒温恒压

例1 、在一个盛有催化剂、容积可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行以下反应：

N2（g）+3H2(g) ⇌ 2NH3(g)。已知加入1molN2和4molH2时，达到平衡后生成amolNH3，在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数变。对下列编号①～③的状态，填写表中的空白。

已知

编号 起始状态物质的量（mol） 平衡时

NH3物质的量 N2 H2 NH3

1 4 0 a

① 1.5 6 0 1.5 a

② 0 0.5 1 0.5 a

③ 1 5 2 2 a

解析：因转化率相同，故若都只加反应物，则起始量是几倍，则转化量是几倍，平衡量就是几倍，又因等压条件下物质的量之比等于体积之比，故起始量之比等于平衡量之比。①和题干量之比是1.5，平衡之比就是1.5。

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一、等效平衡的含义

1．含义：在一定条件(恒温恒容或恒温恒压)下，对于同一可逆反应，以不同的投料方式(即从正反应、逆反应或中间状态开始)进行的反应，若达到平衡时相同组分在各混合物中的百分含量．．．．．．．．．．．．．．．(体积分数、物质的量分数或质量分数)相等．．，这样的化学平衡互称等效平衡(包括“相同的平衡状态”)

二、等效平衡的类型和特征

1．恒温恒容(T、V一定)条件下，△n≠0反应的等效平衡 (量等等效)

恒温恒容条件下，对于△n≠0即反应前后气体分子数改变的可逆反应(如N2+3H22NH3)，改变起始时加入物质的物质的量，要与原平衡等效，其条件是：通过化学计量系数比，全部换算成同一半边的物质后，物质的量与原平衡的起始投入量应完全相同。若不同的起始投入量经“一边倒”全部换算为反应物或生成物后，投入量是相同的，则所形成的平衡状态是完全相同的

对于T、V一定时，△n≠0的反应，形成等效平衡的条件是：起始投入量应完全相同；所形成等效平衡的特征是：平衡时各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、物质的量(n)、物质的质量(m)、物质的量浓度(c)、混合气体的平均摩尔质量(M)、混合气体的密度(ρ)、压强(P)等所有物理量完全相同，即平衡状态完全相同

2．恒温恒容(T、V一定)条件下，△n=0反应的等效平衡 (量比等效)

对于T、V一定时，△n=0的反应，形成等效平衡的条件是：起始投料成比例；所形成等效平衡的特征是：平衡时各物质的转化率(α)、百分含量(w%)、混合气体的平均摩尔质量(M)相同，但各气体的物质的量(n)、物质的质量(m)、物质的量浓度(c)、混合气体的密度(ρ)、压强(P)、反应达到平衡时所需的时间(t)不同但成比例

【例1】在一固定容积的密闭容器中，保持一定温度，在一定条件下进行以下反应：A(g)+2B(g) 3C(g)。已知加入1molA和3molB且达到平衡后，生成amolC。

第二章第三节 第6课时 等效平衡

2．一定温度下在甲、乙、丙三个体积相等且恒容的密闭容器中发生反应：NO2(g)+SO2(g)

SO3(g)+NO (g)。投入NO2和SO2，起始浓度如下表所示，其中甲经2min达平衡时，NO2的转化率为50％，下列说法正确的是（ ）

起始浓度 甲 乙 丙

c(NO2)/(mol·L-1) 0.10 0.20 0.20

c(SO2)/(mol·L-1) 0.10 0.10 0.20

A． 容器甲中的反应在前2min的平均速率v(NO)=0.05mol·L-1·min-1

B． 容器乙中若起始时改充0.10mol·L-1NO2和0.20mol·L-1SO2，达到平时c(NO)与原平衡相同

C． 达到平衡时，容器丙中SO3的体积分数是容器甲中SO3的体积分数的2倍

D． 达到平衡时，容器乙中NO2的转化率和容器丙中NO2的转化率相同

4．恒温恒压条件下发生反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，若将2 mol氮气和3 mol氢气充入密闭容器中，反应达平衡时，氨气的体积分数为a。保持相同条件，在密闭容器中分别充入下列物质， 反应达平衡时，氨气的体积分数可能为a的是( )

A． 2 mol N2和6 mol H2 B． 1 mol N2和2 mol NH3

C． 1 mol N2、3 mol H2和2 mol NH3 D． 2 mol N2、3 mol H2和1 mol NH3

5．T℃时，将A和B各0.32mol充入恒容密闭容器中，发生反应：A（g）+B（g）⇌2C（g）△H=﹣a kJ•mol﹣1（a＞0），反应过程中测定的数据如表，下列说法正确的是（ ）

t/min 0 2 4 7 9

n（B）/mol 0.32 0.24 0.22 0.20 0.20

A． 若起始时向容器中充入0.64 mol C，则达平衡时吸收的热量为0.12a kJ