化学反应原理--等效平衡的归类解析

等效平衡的归类解析

一、等效平衡原理：

对于同一个可逆反应，在相同的条件下（恒温恒容或恒温恒压），不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，或从正反应和逆反应同时开始，都可以建立同一平衡状态。即化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。这就是“等效平衡”。如何判断呢？可根据两种不同情况而定。

二、等效平衡规律：

1、恒温恒容时：此时各不同的起始状态，可以把一边“归零” 通过可逆反应的化学计量数比

换算成同一半边物质的物质的量，如果数值与原平衡相同，则两平衡等效。 ．．．．．．举例说明：恒温恒容时，判断哪些是等效平衡？ （ A B D ）

2NH N2 + 3H2 3

A. 2mol 6mol 0mol B. 0mol 0mol 4mol C. 0.5mol 1.5mol 1mol D. 1mol 3mol 2mol

2、恒温恒压时（即体积可变）：此时各不相同的起始状态，也可以把一边“归零”换算成同一半

边，只要各物质的物质的量之比相同，则两平衡等效。 ．．．．．．举例说明：恒温恒压时，判断哪些是等效平衡？ N2 + 3H2 2NH 3 A. 2mol 6mol 0mol B. 0mol 0mol 4mol C. 0.5mol 1.5mol 1mol D. 1mol 3mol 2mol

同样，把这四种起始状态的生成物的物质的量都“归零”，全部换算成反应物。结果发现N2与H2 的物质的量之比均为1 ：3 ，因为压强不变，体积可变，故均属于等效平衡。

三、几例等效平衡的解析：

1、恒温恒容下的非等体反应：

【例1】在一定温度下,把2摩SO2和1摩O2通入一个固定容积的密闭容器里,发生如下反应:2SO2+O2 2SO3,当此反应进行到一定程度时,反应混和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分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(摩).如果a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同.请填写下列空白: (1)若a=0,b=0,则c= .

(2)若a=0.5,则b= 和c= .

(3)a、b、c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

1

c): . 解析：首先 明确该题为恒温恒容条件；(1)若从逆反应开始，则可得c=2；

(2)的状态可理解为从正反应开始到达平衡过程中的某一时刻的状态 ： (2) 2SO2+O2 2SO3 (3) 2SO2+O2 2SO3

起始（mol）： 2 1 0 起始（mol）： 2 1 0 变化（mol）： 1.5 0.75 1.5 变化（mol）： c c/2 c 平衡（mol）： 0.5 b c 平衡（mol）： a b c

故可得b=0.25和c=1.5 ; 同理可得: a+c=2和2b+c=2;

2、恒温恒压条件下的非等体反应：

【例2】在一个盛有催化剂的容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应N2+3H2 2NH3，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不变，对①~③的状态，填写表中空白。 ．．起始状态物质的量 编号 N2 1 ① ② ③ 1.5 0 m H2 4 6 0.5 n(n≥4m) NH3 0 0 1 2(n-4m) 平衡NH3 物质的量 a 1.5a 0.5a (n-3m)a

解析：此题为恒温恒压条件, 运用把一边“归零”换算成同一半边，

要两平衡等效只要各物质的物质的量之比相同即可,而平衡NH3

．．．．．．

物质的量由于是恒压则根据比例计算. http://192.168.10.226/lxj/0000032/終極一班第16集.rmvb

以③为例：设NH3的起始状态物质的量为x mol N2+3H2 2NH3

起始1（m ol）： 1 4 0

起始2（mol）： m n x 一边归零后为（mol）：m+x/2 n+3x/2 0 由恒温恒压规律可列式： m+x/2 ==

n+3x/2 解得：x=2（n-4m）

2

1/4

3、恒温恒容条件下的等体反应： 【例3】在一个盛有催化剂的固定容积的密闭容器中，保持一定的温度，进行以下反应H2(g)+Br2(g) ．．．．．2HBr(g)，已知加入1molH2和2molBr2时，达到平衡后生成amolHBr，在相同条件下，保持平衡时各组分的物质的量分数不变，对①~③的状态，填写表中空白。 起始状态物质的量 编号 H2 1 ① ② ③ 2 0 m Br2 2 4 0.5 n(n≥2m) HBr 0 0 1 2(n-2m) 平衡HBr 物质的量 a 2a 0.5a (n-m)a

解析：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，加压平衡不移动，故只要反应物（或生成物）的物质的量比值与原平衡相同，则两平衡中各组分的含量不变，即两平衡等效。实为符合恒温恒压的情况，故解法同例2。

四、一例等效平衡题的巧解：

【例4】在537℃、1.01×105Pa时，往容积可变的密闭容器中充入2mol SO2、1molO2，此时容器

的体积为200L。向容器中加入催化剂（固体）并保持恒温恒压，发生反应： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)

达到平衡时，平衡气体中SO3的体积分数为0.91。试回答下列问题： ⑴工业上二氧化硫的催化氧化采用常压而不采用高压的原因是：常压下,三氧化硫的含量已达91%,从降低成本考虑,没有必要再加压。

⑵保持上述温度和压强不变，若向容器中只充入2molSO3并加入固体催化剂。则平衡时，SO2的体积分数是6.0%，容器的体积为137.5L。

⑶温度仍保持537℃，容器体积保持200L不变（恒容）。充入amol SO2、bmolO2，并加入固体催化剂，反应达平衡时，SO3的体积分数仍为0.91，体系压强为1.01×105Pa。若a:b=2:1，则a=2.91.

解析：此体可按常规计算,亦可按下列方法巧解:

（2）为恒温恒压条件，且只充入2molSO3，故达平衡时与充入2mol SO2、1molO2的情况等效。已知SO2和O2是按系数比投料，故平衡时SO2和O2的混合物中其物质的量仍为2：1。故平衡时，SO2的体积分数是（1-0.91）×2/3=6.0%

2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) 正反应为减体反应,

若从正反应开始则: V(平衡)=V(起始)—V(反应的O2)

3

若从逆反应开始则: V(平衡)=V(起始)+ V(生成的O2)

若从正反应开始则: V(平衡)=200—0.91 V(平衡)/2 得V(平衡) ≈137.5L 或若从逆反应开始则: V(平衡)=200×2/3+0.03 V(平衡) 得V(平衡) ≈137.5L 【注意】: 若从正反应开始则此列式: V(平衡)=200—0.03 V(平衡) ,错误! 因为

0.03 V(平衡)=V(反应剩余的O2),而不是V(反应的O2). （3）为恒温恒容条件，

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

起始(mol) a b 0

变化(mol) 3×0.91 3×0.91/2 ← 3×0.91 ↑

平衡(mol) 0.06×3 0.03×3 3×0.91

a == 3×0.91 + 0.06×3==2.91 mol

说明: 1、气体的体积分数即为其物质的量分数。

2、利用已知条件：在537℃、1.01×105Pa时， 体积为200L的气体的物质的量为3mol。 3、由于a:b=2:1故平衡时SO2(g) 的物质的量为0.06×3 mol。

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