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名师指导高考数学复习:再谈等效平衡

【 发布作者 北京家教】

  一、 等效平衡的概念

  目前大家公认的定义为:在一定的条件下,可逆反应不论采取任何途径,即无论反应从正反应方向还是从逆反应方向开始,无论是将反应物一次性投入还是分批投入,只要达到平衡后,各相同组分的百分含量相同,就视为等效平衡。这里的百分含量,可以是物质的量分数,也可以是质量分数。

  二、 等效平衡的类型

  在考虑平衡体系时,现在流行的分类方法是:以反应条件为前提,归纳出在各种条件(温度、压强、容积)下何时能形成等效平衡,然后来解决问题。今天在这里介绍从另一个角度——可逆反应来认识等效平衡,这样使大家在高考复习中对等效平衡更好理解和应用。

  我们以可逆反应方程式为主,把可逆反应方程式前后气体计量系数之和是否相等分为两类:

  第一类,化学反应方程式前后气体计量系数之和不相等,在下列两种情况下可形成等效平衡。

  ⑴在定温、定压情况下,改变起始时加入物质的物质的量,如按化学计量数换算成与原平衡相同的物质,且这些物质的物质的量之比(或值)与原平衡相等,则达到平衡后与原平衡等效。

  解释:在温度和压强一定时,不论装入各反应物的起始量是多少,只要各物质的起始量按化学计量数换算成与原平衡起始(或平衡)时相同的物质,且各物质的起始量之比与原平衡相等或相当[如对于2so2(g)+o2(g)→2so3来说,装入so3即相当于按物质的量之比2︰1装入so2和o2]就会达到等效平衡。

  例如;对于2so2(g)+o2(g) →2so3来说,等温等压下,起始时将①4molso2和2molo2;②6molso2和3molo2;③3molso2和1.5molo2和1molso3;④nmolso3等分别放入密闭等压容器中,达到平衡时,混合气体中so2的百分含量均相等,达等效平衡。

  达到上述等效平衡时,各物质的物质的量浓度、各物质的分数;各反应物的转化率;气体的密度;气体的平均摩尔质量等均相同,但是各物质的物质的量不一定相同,对应量应该成正比关系。

  ⑵在定温、定容情况下,不论装入各反应物的起始量是多少,只要各物质的起始量按化学计量数换算成与原平衡起始(或平衡)时相同的物质,且这些物质的物质的量与原平衡相等,则达平衡后与原平衡等效。

  解释:在温度和体积一定时,只要起始时装入物质的物质的量与原平衡相等或相当(如装入3molso3即相当于装入3molso2和1.5molo2),就达到等效平衡。

  例如:对于2so2(g)+o2(g)→ 2so3(g)来说,在等温等容下,起始时将①2molso2和1molo2;②2molso3;③1.6molso2;0.8mol o2和0.4molso3等分别充入体积相等的密闭容器中,达到平衡时,混合气体中so2的百分含量均相等。达等效平衡。

  达到上述等效平衡时,等效的物理量最多,几乎是全等了,于是,有的教辅书将其称为“等同平衡”,应该指出的是,“等同平衡”的说法是不妥当的。比如不同的投料方式,放出的热量就不同。如上述的平衡2so2(g)+o2(g)→2so3(g)中,①是放出热量,②是吸收热量,③无论是吸热还是放热都与①②不同,所以说“完全等同”是不合理的。

  第二类,化学反应方程式前后气体计量系数之和相等,下列情况可形成等效平衡:

  在定温情况下(恒容或恒压),改变起始时加入物质的物质的量,如按化学计量数换算成与原平衡相同的物质,且这些物质的物质的量之比(或值)与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。

  解释:当温度一定时,不论装入各反应物的起始量是多少,只要各物质的起始量按化学计量数换算成与原平衡起始(或平衡)时相同的物质,且各物质的物质的量之比与原平衡相等或相当[如对于h2(g)+i2(g)→2hi(g)来说,装入3molhi(g)相当于装入3molh2(g)和3moli2(g)。],因平衡与压强无关,就会达到等效平衡。

  例如:对于h2(g)+i2(g)→2hi(g)来说,在等温恒容条件下,起始时将①3molh2和3moli2;②1molh2和1moli2③nmolhi,④1molh2和1moli2和amolhi等分别放入密闭容器中,达到平衡时,混合气体中的hi(g)百分含量均相等,此时,①②④达平衡时各物质的转化率也是相等的,平衡时各物质的物质的量浓度虽然不等,但成正比关系,此时,气体的密度也是正比关系。热量的变化应不相同。

  例一、2003-理综 某温度下,在一容积可变的容器中,反应2a(g)+b(g)→2c(g)达到平衡时,a、b和c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;此为恒温恒压下的前后气体体积不等的反应。a和b选项均为对原平衡中各物质的物质的量呈正比的变化,平衡并不移动。c选项可以设想分成两次加入,先 加入a-1mol,b-0.5mol,c-1mol,此时平衡不移动,然后再单独加入0.5molb,平衡向右移动。答案:c

  例二、在一个1l的密闭容器中,加入2mola和1molb。发生