第2章 微专题4 等效平衡-2021-2022学年新教材高中化学选择性必修1 化学反应原理【导与练】高中同步全程学习word（鲁科版）山东专用

微专题4　等效平衡

一、等效平衡的定义

在一定条件下,同一可逆反应体系建立的不同平衡,达到化学平衡状态时,若每种相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数)相同,则这些平衡互为等效平衡。

二、等效平衡分析方法

1.极限转换法(一边倒)

两个平衡分别从正向、逆向建立(两个平衡外界条件相同、容器相同),若逆向投料“完全”转化为左侧投料与正向投料相同,则两平衡互为等效平衡。

例:外界条件相同、容器相同:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),投料①:2 mol的SO2+1 mol的O2;投料②:2 mol的SO3。

假定2 mol的SO3向左完全转化为SO2和O2恰好与投料①完全相同,因此两平衡互为等效平衡。

证明:

平衡①:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

始/mol:2       1     0

转/mol:2n    n     2n

平/mol:2-2n    1-n  2n

平衡②:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

始/mol: 0    0     2

转/mol: 2m    m     2m

平/mol: 2m    m     2-2m

因为两个平衡温度相同,所以其平衡常数相同,据此有=,令x=(1-m),则有=,所以有x=n,则平衡①的(SO2)=×100%=×100%,恰好与平衡②的(SO2)相等,同理可证氧气、三氧化硫的体积分数也相同。所以平衡①与②互为等效平衡。

2.过程虚拟法(推箱子)

两个平衡分别从正向、逆向建立,若逆向投料“完全”转化为左侧投料与正向“投料比”相同且“恒温、恒压或恒温、恒容、反应Δvg=0”,则两平衡互为等效平衡。

例:恒温、恒压条件:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),投料①:2 mol的SO2+1 mol的O2;投料②:4 mol的SO3。

假定4 mol的SO3向左完全转化为SO2和O2,恰好与投料①“投料比”完全相同(均为2∶1),因此两平衡互为等效平衡。

证明:

平衡①:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

 始: 2 mol 1 mol   0

平衡 ②:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

 始:   0      0    4 mol

首先平衡②“一边倒”转化至左侧为4 mol的SO2和2 mol的O2,由上例知此时与4 mol SO3平衡等效。然后做如下假设(方框大小代表容器体积):

把4 mol的SO2和2 mol的O2均分至两个与平衡①相同的容器A、B中如图:

　

此时显然平衡①、容器A、容器B三个平衡完全相同,三个平衡互为等效平衡。此时把右侧两个容器中间器壁“拿走”(如图),由于两侧状态完全相同,所以平衡不移动,此时两个平衡合并为一个平衡,显然其中各组分百分含量与平衡①相同,属于等效平衡。而如果此时若把容器压缩至与平衡①相同,则两者属于恒温、恒容(推箱子),显然压缩过程造成平衡右移,SO3百分含量就会大于平衡①,此时就不属于等效平衡。如果反应Δvg=0,则压缩过程平衡不移动,仍然属于等效平衡。