36.等效平衡 讲义-2023-2024学年高二化学人教版2019选择性必修1

沐澹化学 等效平衡 等效平衡 化学反应在实验室中发生和在工业上大量的发生时可能因为参与反应的反应物的物质的量不同或者物质的量浓度不同造成反应的速率或转化率发生变化。我们对比分析这两类反应会发现对于有气体参与的反应，在恒温、恒压或者恒温、恒容，反应达到平衡时各组分的百分含量可能相同也可能不同。 对于同一可逆反应，在一定条件(恒温、恒容或恒温、恒压)下，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，若达到平衡时相同物质的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。特别需要注意的是：等效平衡只是要求相同的组分百分含量相同，不一定是物质的量或者物质的量浓度相同，因为同一组分百分数相同时其浓度不一定相等。 对于有气体参与的反应，其前后气体分子数比较可分为：两种情况；反应条件一般是：恒温、恒压或恒温、恒容两种情况，我们比较分析时一般采用“虚拟路径法”进行分析。 一、恒温、恒压条件下的可逆反应 在温度457.6℃时，反应的平衡常数，我们按照不同的投料方式在恒温恒压条件下发生反应： 投料方式Ⅰ：在体积为1 L的恒压密闭容器中加入1 mol H2、1 mol I2，达到平衡时有 根据体积为1 L，平衡常数，求得 即平衡时： 投料方式Ⅱ：在体积为1 L的恒压密闭容器中加入2 mol HI，达到平衡时有 根据体积为1 L，平衡常数，求得 即平衡时： 通过上述实验，我们可以看出，对于同一可逆反应，在相同条件下按照不同的投料方式进行投料，若将其转化成同侧物质后，相同物质的物质的量相同，则两个反应达到平衡时的平衡状态就完全相同，这样的两个平衡就互为等效平衡，分别从正反应和逆反应开始到达平衡状态时其物质的转化率之和有如下关系：。 若对于同一反应，将所有物质转化成同侧物质后，其相同物质的物质的量不相等而是相同倍数的变化时，这两个平衡是否互为等效平衡呢？我们对进行以下分析： 在恒温、恒压条件下： 通过前面分析，我们知道投料方式1和2达到平衡状态时互为等效平衡，对于投料方式1和3，通过下面图像进行分析讨论。 通过上图我们可以看出，平衡状态Ⅰ和平衡状态Ⅱ和平衡状态Ⅲ是完全相同的，将隔板拿走后平衡状态Ⅳ的压强、温度、浓度未发生变化，平衡未移动，所以平衡状态Ⅳ与平衡状态Ⅰ也是等效的，即按照投料方式1和3投料，达到平衡时是互为等效平衡的。 结论一：在恒温、恒压条件下，对于有气体参与的可逆反应，若起始投料转化成同侧物质后成比例变化，则两个平衡互为等效平衡。 恒温、恒压下，等效平衡的特征是：两个平衡状态，物质的百分含量(w%)相同、物质的量分数(x)相同、混合气体的平均摩尔质量()相同、混合气体的密度(ρ)相同、物质的量浓度(c)相同、压强(P)相同；各气体的物质的量(n)、物质的质量(m)、体积(V)可能不同但成比例；从同侧开始反应时的各物质的转化率(α)相同，从两侧开始反应时的各物质的转化率之和等于1。 二、恒温、恒容条件下的可逆反应 在恒温、恒容条件下，我们对进行以下分析： 通过前面分析，我们知道投料方式1和2达到平衡状态时互为等效平衡，对于投料方式1和3，通过下面图像进行分析讨论。 对于恒温、恒压条件下的可逆反应，我们采取的是虚拟路径法进行分析，通过上图可以看出平衡状态Ⅰ和平衡状态Ⅳ是互为等效平衡，平衡状态Ⅰ和平衡状态Ⅴ是否为等效平衡的关键是：对平衡状态Ⅳ进行加压的过程中平衡是否发生了移动。若是前后气体分子总数不变的反应（），平衡不移动，投料方式1和投料方式3达到平衡后互为等效平衡；若是前后气体分子总数变化的反应（），平衡会移投料方式1和投料方式3达到平衡后不互为等效平衡。 结论二：在恒温、恒容条件下，对于有气体参与的可逆反应，若起始投料转化成同侧物质后成比例变化，对浓的进行加压处理，若平衡不移动则两个平衡互为等效平衡、若平衡发生移动则两个平衡不互为等效平衡。 恒温、恒容下，等效平衡的特征是：两个平衡状态，物质的百分含量(w%)相同、物质的量分数(x)相同、混合气体的平均摩尔质量()相同；物质的量浓度(c)、压强(P)、混合气体的密度(ρ)、各气体的物质的量(n)、物质的质量(m)可能不同但成比例；从同侧开始反应时的各物质的转化率(α)相同，从两侧开始反应时的各物质的转化率之和等于1。 三、转化率 1.改变温度、压强，转化率的变化 若通过改变温度或压强使平衡正向移动，反应物的转化率增大；若通过改变温度或压强使平衡逆向移动，反应物的转化率降低。 2.改变浓度，转化率的变化 ①减少物质 减少生成物的浓度，使平衡正向移动，反应物的转化率增大； 减少反应物的量，使平衡逆向移动，反应物的转化率降低。 ②增加物质 ⅰ.对于反应物有多种物质的反应 例如，反应达到平衡后，再加入一定量的A物质，平衡正