等效平衡在化学平衡中的应用

化学平衡中等效平衡的判断与应用作者：聂慧巍来源：《中学生数理化·自主招生》2020年第04期在相同的条件下，对于同一可逆反应，该反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，或是从中间状态（既有反应物又有生成物的状态）开始，只要达到平衡时，平衡混合物中各组成成分的百分含量保持不变，则达到的平衡状态相同，我们称之为等效平衡。

下面就通过一些例子对等效平衡进行分析。

一、恒温、恒容下的等效平衡1.恒温、恒容下左右两边气体体积不相等的化学反应。

分析：判断①和②是不是达到相同的平衡状态，可以将②中2 mol S03按照方程式中化学计量数之比换算到左边，换算结果是和①完全相同的，那么我們可以判断在等温、等容下①和②达到相同的平衡状态（注：以上相同的平衡状态是指达到平衡后各组分的物质的量、物质的量浓度、质量、百分含量等完全相同）。

③与①或②还是相同的平衡状态吗？我们利用隔离容器法进行分析（如图1），③相对于①平衡正向移动，各组分的量均发生改变，所以③和①不会达到相同的平衡状态。

总结：恒温、恒容下左右两边气体体积不相等的化学反应，将起始量按照方程式中化学计量数之比换算到某一边后，各物质的物质的量完全相同，则达到相同的平衡状态;若起始量换算到某一边后，各物质的物质的量成倍改变，则各组分的所有量均发生改变。

2.恒温、恒容下左右两边气体体积相等的化学反应。

总结：恒温、恒容下左右两边气体体积相等的化学反应，将起始量按照方程式中的化学计量数之比换算到某一边后，各物质的物质的量完全相同，则达到相同的平衡状态;若起始量换算到某一边后，各物质的物质的量成倍改变，则各组分的百分含量不发生改变，而各组分的质量、物质的量、物质的量浓度均成倍改变。

二、恒温、恒压下的等效平衡分析：将②中2 mol S03按照方程式中化学计量数之比换算到左边，换算结果是和①完全相同的，可以判断在等温、等压下①和②达到相同的平衡状态。

③与①或②还是相同的平衡状态吗？我们利用隔离容器法进行分析（如图2），在恒温、恒压下，③相对于①平衡不移动，③中各组分的物质的量、质量都是①的2倍，③中各组分的物质的量浓度、百分含量都和①相同。

化学平衡的综合应用1．下列措施或事实不能用勒沙特列原理解释的是（）A．新制的氯水在光照下颜色变浅B．H2、I2、HI平衡混合气加压后颜色变深C．硫酸工业上SO2氧化成SO3，宜采用空气过量D．合成氨反应常采用2×107～5×107 Pa2．已知700K时，N 2+3H22NH3△Ｈ＝－ＱkJ/mol（Ｑ＞０），现有甲、乙两个容积相等的密闭容器。

保持700K条件下，向密闭容器甲中通入1molN2和3molH2，达平衡时放出热量Q1；向密闭容器乙中通入0.5molN2和1.5molH2，达平衡时放出热量Q2。

则Q、Q1、Q2的大小关系是（）A、Q = Q1 = 1/2Q2B、Q＞Q1＞2Q2C、Q＞2Q2＞Q1D、Q = Q1 = Q23．下列说法正确的是()A．ΔH＜0、ΔS＞0的反应在温度低时不能自发进行B．NH4HCO3(s)===NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)ΔH＝＋185.57 kJ·mol－1能自发进行，原因是体系有自发地向混乱度增加方向转变的倾向C．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据D．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向4.工业上常用乙苯作原料生产苯乙烯,相关反应可表示如下(一般控制温度为560 ℃):针对上述反应,在其他条件不变时,下列说法正确的是 ( )A.加入适当催化剂,可以提高乙苯的转化率B.在保持体积一定的条件下,充入较多的乙苯,可以提高乙苯的转化率C.仅从平衡移动的角度分析,工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件D.在加入乙苯至达到平衡过程中,混合气体的平均相对分子质量在不断增大5．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0.05molD6．一定温度下，在恒容密闭容器中发生如下反应：2A(g)＋B(g) 3C(g)，若反应开始时充入2molA和2molB，达平衡后A的体积分数为a%。

等效平衡状态的分类和判断：（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）恒温恒容下，对于反应前后物质的量相等的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量的之比与原平衡相同，两平衡等效（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注意事项:1、平衡等效，转化率不一定相同①若是从不同方向建立的等效平衡，物质的转化率一定不同。

如在某温度下的密闭定容容器中发生反应2M(g)+ N(g)=2E(g)，若起始时充入2molE，达到平衡时气体的压强比起始时增大了20%，则E的转化率是40%；若开始时充入2molM和1molN，达到平衡后，M的转化率是60%。

②若是从一个方向建立的等效平衡，物质的转化率相同。

如恒温恒压容器中发生反应2E(g) =2M(g)+ N(g)，若起始时充入2molE，达到平衡时M的物质的量为0.8mol，则E的转化率是40%；若开始时充入4molE，达到平衡后M的物质的量为1.6mol，则E的转化率仍为40%。

2、平衡等效，各组分的物质的量不一定相同①原料一边倒后，对应量与起始量相等的等效平衡，平衡时各组分的物质的量相等。

②原料一边倒后，对应量与起始量比不相等(不等于1)的等效平衡，平衡时各组分的物质的量不相等，但各组分的物质的量分数相等。

等效平衡问题由于其涵盖的知识丰富，考察方式灵活，对思维能力的要求高，一直是同学们在学习和复习“化学平衡”这一部分内容时最大的难点。

近年来，沉寂了多年的等效平衡问题在高考中再度升温，成为考察学生综合思维能力的重点内容，这一特点在2003年和2005年各地的高考题中体现得尤为明显。

很多同学们在接触到这一问题时，往往有一种恐惧感，信心不足，未战先退。

实际上，只要将等效平衡概念理解清楚，加以深入的研究，完全可以找到屡试不爽的解题方法。

《化学平衡》平衡中的等效平衡在化学世界中，“化学平衡”是一个至关重要的概念，而其中的“等效平衡”更是理解和解决许多化学问题的关键。

今天，咱们就来好好聊聊这神奇的等效平衡。

想象一下，在一个封闭的容器里，发生着一场化学变化。

反应物们努力地转化为生成物，生成物们也不甘示弱，又试图变回反应物。

当双方的转化速率达到相等的时候，化学平衡就形成了。

而等效平衡呢，就是在不同的起始条件下，最终达到的平衡状态相同。

等效平衡有三种类型，咱们一个一个来。

第一种是恒温恒容条件下的等效平衡。

比如说，对于一个反应 aA(g) ＋ bB(g) ⇌ cC(g) ＋ dD(g)，如果 a ＋ b ＝ c ＋ d，那么只要起始加入的物质的量按照化学计量数换算成同一边的物质，其物质的量对应相等，就能达到等效平衡。

举个例子，有个容器中发生反应 2A(g) ＋ B(g) ⇌ 3C(g) ＋ D(g)，如果一开始加入 2 mol A 和 1 mol B，和一开始加入 4 mol A 和 2 mol B，最终达到的平衡状态就是等效的。

因为在恒温恒容的条件下，这两种起始加入的情况，经过反应的进行，最终各物质的浓度、分压等都会相同。

再来说说恒温恒容下，当 a ＋b ≠ c ＋ d 时的情况。

这时候，要想达到等效平衡，起始加入的物质就必须完全相同。

比如反应 A(g) ＋2B(g) ⇌ 3C(g)，如果一开始是 1 mol A 和 2 mol B，那要想达到等效平衡，起始加入的就必须也是 1 mol A 和 2 mol B，不能有任何偏差。

接下来是恒温恒压条件下的等效平衡。

在这种情况下，不管反应的方程式中各物质的化学计量数关系如何，只要起始加入的物质的量按照化学计量数换算成同一边的物质，其物质的量之比相等，就能达到等效平衡。

比如说，对于反应 2A(g) ＋ 3B(g) ⇌ 4C(g) ＋ 5D(g)，一开始加入 2 mol A 和 3 mol B，和一开始加入 4 mol A 和 6 mol B，在恒温恒压的条件下，最终达到的平衡状态就是等效的。

等效平衡原理、规律及应用〖目标与要求〗运用对比的方法掌握等效平衡的基本原理规律和计算方法〖内容与要点〗等效平衡原理、规律、例题和习题一、等效平衡原理在一定条件下（定温定容或定温定压），对于同一可逆反应，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，只是起始时加入物质的情况不同，而达到平衡时，任何相同组分的含量均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。

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。

如，常温常压下，可逆反应：2SO2 + O22SO2①2mol 1mol 0mol②0mol 0mol 2mol③①从正反应开始，②从逆反应开始，③从正逆反应同时开始，由于①、②、③三种情况如果按方程式的计量关系折算成同一方向的反应物，对应各组分的物质的量均相等(如将②、③折算为①)，因此三者为等效平衡。

二、等效平衡规律①在恒温、恒容条件下，对于反应前后气体分子数改变的可逆反应只改变起始时加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数比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。

②在恒温、恒容条件下，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)的物质的量的比值与原平衡相同，则两平衡等效。

③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。

反之，等效平衡时，物质的量之比与原建立平衡时相同。

三、等效平衡投料方案的设计(1)“站点法”设计恒温恒容下的等效平衡3H2 + N2 2NH3原始站 A 4 1 0中途站 B: a b c平衡站P [] [] []中途站 C: a’b’c’终极站 D 0 2显然,从初始到平衡态的过程中,反应要经历中间的许多站点B、C... 若以此站点值为起始投料方案,都能建立等效平衡.A和D 是达到平衡站点(P)两个极端.A 站点要经正向右移而达到平衡点P; D 站点要经逆向左移而达到平衡点P. 该例中,H2的取值在4mol-1mol之间.从一个站点到另一个站点各物质的变化量之比等于化学方程式计量数之比.如有:(4-a):(1-b): (0+c)＝3:1:2 (1+a’): (0+b’):2-c’)＝3:1:2 等等.(2) “扩缩法”设计恒温恒压下的等效平衡恒温恒压下,将各物质的量增扩(或减缩)同样倍数都能建立相同的平衡态.因恒压,气体总体积要随之扩大(或缩小)相应的倍数,致使气体浓度没变,平衡没发生移动,所以这样建立的都是等效平衡。

等效平衡规律的理解和应用《化学平衡》一章常会考：⑴同一化学反应在不同条件某物质百分含量的大小、转化率等。

⑵化学平衡的相关计算等等。

而要解决此类问题，则常运用等效平衡规律。

为此，在复习中必须理解等效平衡规律，从而正确地运用该规律解决化学平衡中的很多问题，最终达到真正掌握知识的目的。

一等效平衡定义：化学平衡状态与条件相关，而与建立平衡的途径无关。

对于同一可逆反应，在同一条件下以不同投料方式（即从正反应，逆反应或从中间状态开始）进行反应，只要达到平衡时相同组分在混合物中的百分数相同，这样的平衡称为等效平衡。

二等效平衡规律的理解规律之一：恒温恒容条件下体积可变的反应⑴规律：如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量与对应组分的起始加入量相同，则建立的化学平衡状态等效。

例如：2SO 2(g)＋O2(g)2SO3(g)①2moL 1moL 0②0 0 2moL③amoL bmoL cmoL 如果此时满足a＋c=2 b＋1/2 c=1则①②③建立的化学平衡状态等效⑵理解：化学平衡的建立与途径无关，起始加反应物或起始加生成物，只要加入的物质极值转化后物质的量相等，又由于恒温恒容，此时的平衡不仅是等效的，而且是同一平衡。

平衡时相同组分的物质的量，浓度，转化率及混合气体的密度，相对分子质量都相等。

规律之二：恒温恒容条件下体积不变的反应⑴规律：如果按方程式的化学计量关系转化为方程式同一半边的物质，其物质的量之比与对应组分的起始加入量之比相同，则建立的化学平衡状态等效。

例如：2A(g)＋3B(g)5C(g)①2moL 3moL 0②0 0 10moL③amoL bmoL cmoL 如果此时满足(a ＋2/5c)/(b＋3/5c)=2/3则①②③建立的化学平衡状态等效⑵理解：以上述反应为例，在等温时分别在1L的容器Ⅰ和2L的容器Ⅱ中加入2moL A 、3mo B 和4moLA 、6mo B。

容器Ⅱ中间有可抽动的隔板（隔板的体积忽略），此时容器Ⅱ左右两边的反应与容器Ⅰ完全相同，则达平衡时容器Ⅱ左右两边的反应与容器Ⅰ相同组分的物质的量，浓度，转化率及混合气体的密度，相对分子质量都相等。

应用“等效平衡”判断平衡移动的结果1．等效平衡的含义在一定条件下(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，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。

2．等效平衡的判断方法(1)恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应 判断方法：极值等量即等效。

例如：2SO 2(g)＋O 2(g)2SO 3(g)① 2 mol 1 mol 0 ② 0 0 2 mol ③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol ④ a mol b mol c mol上述①②③三种配比，按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物，则SO 2均为2 mol ，O 2均为1 mol ，三者建立的平衡状态完全相同。

④中a 、b 、c 三者的关系满足：c ＋a ＝2，c2＋b ＝1，即与上述平衡等效。

(2)恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应 判断方法：极值等比即等效。

例如：2SO 2(g)＋O 2(g)2SO 3(g)① 2 mol 3 mol 0 ② 1 mol 3.5 mol 2 mol ③ a mol b mol c mol按化学方程式的化学计量数关系均转化为反应物，则①②中n (SO 2)n (O 2)＝23，故互为等效平衡。

③中a 、b 、c 三者关系满足：c ＋a c 2＋b ＝23，即与①②平衡等效。

(3)恒温条件下反应前后体积不变的反应判断方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。

例如：H 2(g)＋I 2(g)2HI(g)① 1 mol 1 mol 0 ② 2 mol 2 mol 1 mol ③ a mol b mol c mol①②两种情况下，n (H 2)∶n (I 2)＝1∶1，故互为等效平衡。

③中a 、b 、c 三者关系满足⎝⎛⎭⎫c 2＋a ∶⎝⎛⎭⎫c2＋b ＝1∶1或a ∶b ＝1∶1，c ≥0，即与①②平衡等效。