第2章 微专题7 等效平衡-【优化探究】2025-2026学年高中化学选择性必修1同步导学案配套课件 人教版（2019）单选

微专题7　等效平衡 优化探究 第二章　化学反应速率与化学平衡 1.等效平衡的概念:在一定条件(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,在达到化学平衡状态时,任何相同组分的含量(体积分数、物质的量分数等)均　　　　,这样的化学平衡互称等效平衡(包括“相同的平衡状态”)。 相同 2.等效平衡思想的理解 (1)外界条件相同:通常可以是①恒温恒容,②恒温恒压。 (2)“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同:“完全相同的平衡状态” 是指在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数、物质的量浓度)对应相等,并且反应的速率也相同。而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强、物质的量浓度等可以　　　　。   不同 (3)平衡状态只与始态有关,而与途径无关(如①无论反应从正反应方向开始,还是从逆反应方向开始;②投料是一次还是分成几次;③反应容器经过扩大→缩小或缩小→扩大的过程),只要起始浓度相当,就能够达到“相同”的平衡状态(即等效平衡)。 3.等效平衡的判断方法 (1)恒温恒容条件下,反应前后气体体积改变的反应 判断方法:极值等量即等效。 例如:2SO2(g)+O2(g) ⥫⥬2SO3(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数关系均转化为反应物,则SO2均为2 mol,O2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,+b=1时,即与上述平衡等效。 (2)恒温恒压条件下,反应前后气体体积改变的反应 判断方法:极值等比即等效。 例如:2SO2(g)+O2(g)⥫⥬2SO3(g) ① 2 mol 1 mol 0 ② 1 mol 0.5 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=,故互为等效平衡。 ③中a、b、c三者关系满足=或=,c≥0时,即与①②平衡等效。 (3)恒温条件下,反应前后气体体积不变的反应 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:H2(g)+I2(g)⥫⥬2HI(g) ① 1 mol 1 mol 0 ② 2 mol 2 mol 1 mol ③ a mol b mol c mol ①②两种情况下,=1,故互为等效平衡。 ③中a、b、c三者关系满足=1或=1,c≥0时,即与①②平衡等效。 4.等效平衡的常见类型 在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下三种: Ⅰ类:恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说(即ΔV≠0的体系):等价转化后,对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同,两平衡等效。 Ⅱ类:恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说(即ΔV=0的体系):等价转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。 Ⅲ类:恒温恒压下对于气体体系等效转化后,只要反应物(或生成物)的物质的量的比例与原平衡起始态相同,两平衡等效。 5.虚拟“中间态”法构建等效平衡 (1)构建恒温恒容平衡思维模式 新平衡状态可认为是由两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。 (2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示) 新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。 [例]　有甲、乙两容器,甲容器容积固定,乙容器容积可变。一定温度下,在甲中加入2 mol N2、3 mol H2,反应N2(g)+3H2(g)⥫⥬ 2NH3(g)达到平衡时,生成NH3的物质的量为m mol。 (1)在相同温度下,在乙中加入4 mol N2、6 mol H2,若乙的压强始终与甲的压强相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量　　　　(填字母,下同);若乙的容积与甲的容积始终相等,乙中反应达到平衡时,生成NH3的物质的量　　　　。  A.小于m mol　　　　　 B.等于m mol C.在m~2m mol之间 D.等于2m mol E.大于2m mol D E (1)由于甲容器恒容,而乙容器恒压,若它们的压强相等,达到平衡时,乙的容积应该为甲的两倍,生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。若甲、乙两容器的容积始终相等,相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩,故乙中生成NH3的物质的量大于2m mol。 (2)相同温度下,保持乙的容积为甲的一半,并加入1 mol NH3,要使乙中反应达到平衡时,各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同,则起始时应加入　 　　mol N2和　　 　mol H2。  (2)乙的容积为甲的一半时,要建立与甲一样的平衡,只有乙中的投料量是甲的一半才行,故乙中应该投入N2为0.5 mol, H2为0 mol。 0.5 0 1.在一个1 L的密闭容器中加2 mol A和1 mol B发生反应:2A(g)+B(g)⥫⥬3C(g)+D(s),达到平衡时C的浓度为1.2 mol·L-1,C的体积分数为a%。维持容器的体积和温度不变,按下列配比作为起始物质,达到平衡后,C的浓度仍是1.2 mol·L-1,C的体积分数仍为a%的是(　　) A.6 mol C+2 mol D B.4 mol A+2 mol B C.1 mol A+0.5 mol B+1.5 mol C D.3 mol C+5 mol D D 在一个1 L的密闭容器中加2 mol A和1 mol B发生反应:2A(g) + B(g) ⥫⥬ 3C(g)+D(s),达到平衡时C的浓度为1.2 mol·L-1,C的体积分数为a%。维持容器的体积和温度不变,只要所加的物质完全转化为反应物且与2 mol A和1 mol B相同,反应达到平衡后C的浓度仍是1.2 mol·L-1,C的体积分数仍为a%。开始时加入6 mol C、2 mol D,按化学计量数全部折算成反应物,相当于加入4 mol A和2 mol B,是原加入A和B的量的2倍,但平衡不移动,C的浓度是2.4 mol·L-1,A不符合题意;开始时加入4 mol A、2 mol B,相当于在加入2 mol A和1 mol B达到平衡后,再加入2 mol A和1 mol B,平衡不移动,但是平衡时C的浓度大于1.2 mol·L-1,B不符合题意;开始时加入1 mol A、0.5 mol B和1.5 mol C,缺少D物质,无等效量,C不符合题意;D为固体不算体积,开始加入3 mol C和5 mol D,按化学计量数把生成物转化为反应物,相当于加入2 mol A和1 mol B,与原平衡等效,D符合题意。 2.在一个活塞式的反应容器中,通入2 mol SO2和1 mol O2,于500 ℃下发生化合反应并达到平衡,在保持恒温恒压的条件下,再通入2 mol SO2和1 mol O2,下列叙述中完全正确的是(　　) A.开始时v(正)增大,v(逆)减小,平衡向正反应方向移动,再次平衡后SO3的百分含量增加 B.开始时v(正)增大,v(逆)不变,平衡向正反应方向移动,再次平衡后SO3的百分含量增加 C.开始时v(正)增大,v(逆)增大,平衡向正反应方向移动,再次平衡后SO3的百分含量增加 D.开始时v(正)增大,v(逆)减小,平衡向正反应方向移动,再次平衡后SO3的百分含量与原平衡相等 答案:D 恒温恒压的条件下,只要开始时加入反应物的物质的量之比与原平衡起始态相等,平衡等效,即达到平衡状态时各组分的百分含量相等。平衡后等比例加入反应物,正反应速率增大后逐渐减小,逆反应速率减小后逐渐增大,平衡正向移动,达到新的平衡后,SO3的百分含量保持不变,故D正确。 3.在温度、容积相同的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知: N2(g)+3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1]: 容器 甲 乙 丙 反应物投入量 1 mol N2、3 mol H2 2 molNH3 4 mol NH3 NH3的浓度/(mol·L-1) c1 c2 c3 反应的能量变化 放出a kJ 吸收b kJ 吸收c kJ 体系压强/Pa p1 p2 p3 反应物转化率 α1 α2 α3 下列说法正确的是(　　) A.2c1>c3　　　　　　 B.a+b=92.4 C.2p2<p3 D.α1+α3>1 B 根据题意分析可知,甲、乙两容器中的反应为等效平衡,且甲中生成的NH3与乙中分解的NH3物质的量的和为2 mol,此时α1+α2=1,a+b=92.4。而丙中加入的NH3是乙中的2倍,丙中压强也是乙中的2倍,增大压强,平衡正向移动,则平衡时2c1<c3,2p2>p3,A、C项错误,B项正确;增大压强,不利于NH3的分解,则α2>α3,故α1+α3<1,D项错误。 4.初始温度为t ℃,向三个密闭的容器中按不同方式投入反应物,发生如下反应:4HCl(g)+O2(g)⥫⥬2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH=-116 kJ·mol-1 测得反应的相关数据如下: 容器 容器 类型 初始 体积 初始 压强/Pa 反应物投入量/mol 平衡转化率 平衡时Cl2的 物质的量/mol HCl O2 Cl2 H2O Ⅰ 恒温 恒容 1 L 2× 105 4 1 0 0 α1(HCl) 1 Ⅱ 绝热 恒容 1 L p2 0 0 2 2 α2(Cl2) a Ⅲ 恒温 恒压 2 L p3 8 2 0 0 α3(HCl) b 下列说法正确的是(　　) A.反应4HCl(g)+O2(g)⥫⥬2Cl2(g)+2H2O(l)的ΔH>-116 kJ·mol-1 B.a>1,b>2 C.p2=1.6×105 Pa,p3=4×105 Pa D.α1(HCl)+α2(Cl2)>1 B 反应:4HCl(g)+O2(g)⥫⥬2Cl2(g)+2H2O(g)　ΔH=-116 kJ·mol-1,气态水转化为液态水时放热,所以反应4HCl(g)+O2(g)⥫⥬2Cl2(g)+2H2O(l)的ΔH<-116 kJ·mol-1,故A错误;假设容器Ⅳ为恒温恒容,容器Ⅱ为绝热恒容,两者都是逆向反应建立的平衡,容器Ⅱ是绝热的,温度降低,不利于反应逆向进行,相比于容器Ⅳ达到平衡时,消耗的Cl2更少,所以a>1,假设容器Ⅴ为恒温恒容,容器Ⅲ的类型为恒温恒压,两者都是正向进行的平衡,由于容器Ⅴ为恒容容器,所以反应开始后,容器Ⅴ中压强逐渐小于容器Ⅲ中压强,压强越小,越不利于反应正向进行,所以平衡时,容器Ⅴ中的Cl2的物质的量小于容器Ⅲ中的,故b>2,故B正确;根据阿伏加德罗定律,温度相同、体积相同时,容器内 的气体压强之比等于气体的物质的量之比,则=,解得p2=1.6×105 Pa,由于容器Ⅲ体积和加入气体的物质的量都是容器Ⅰ的2 倍,所以p3=2×105 Pa,故C错误;假设容器Ⅳ为恒温恒容,容器Ⅱ为绝热恒容,两者都是逆向反应建立的平衡,容器Ⅱ是绝热的,温度降低,不利于反应逆向进行,故α1(HCl)+α2(Cl2)<1,故D错误。 $$