2025届高三化学二轮复习 微专题•大素养18 “等效平衡”的判断 讲义

微专题·大素养 “等效平衡”的判断 【知识基础】 1．等效平衡的含义 在一定条件下(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，还是正、逆反应同时投料，达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(质量分数、物质的量分数、体积分数等)均相同。 2．等效平衡的类型及判断方法 (1)恒温恒容条件下反应前后体积改变的反应 判断方法：极值等量即等效。 例如：2SO2(g)　＋　O2(g)　⇌　2SO3(g) ①2 mol 1 mol 0 ②0 0 2 mol ③0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol ④a mol b mol c mol 上述①②③三种配比，按化学方程式的化学计量数转化为反应物，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，即与上述平衡等效。 (2)恒温恒压条件下反应前后体积改变的反应 判断方法：极值等比即等效。 例如：2SO2(g)　＋　O2(g)　⇌　2SO3(g) ①2 mol 3 mol 0 ②1 mol 3.5 mol 2 mol ③a 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：＝，即与①②平衡等效。 (3)恒温条件下反应前后体积不变的反应 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) ①1 mol 1 mol 0 ②2 mol 2 mol 1 mol ③a mol b mol c mol ①②两种情况下，n(H2)∶n(I2)＝1∶1，故互为等效平衡。 ③中a、b、c三者关系满足∶＝1∶1或a∶b＝1∶1，c≥0，即与①②平衡等效。 3．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。 【专题精练】 1．已知2SO2 (g)＋O2 (g)⇌2SO3 (g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲)2 mol SO2和1 mol O2；(乙)1 mol SO2和0.5 mol O2；(丙)2 mol SO3。恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是(　　) A.容器内压强p：p甲＝p丙>2p乙 B.SO3的质量m：m甲＝m丙>2m乙 C.c(SO2)与c(O2)之比为k∶k甲＝k丙>k乙 D.反应放出或吸收热量的数值Q：Q甲＝Q丙>2Q乙 2．一定温度下，在三个容积相同的恒容密闭容器中按不同方式投入反应物，发生反应2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)(正反应放热)，测得反应的相关数据如下。下列说法正确的是(　　) 容器1 容器2 容器3 反应温度T/K 700 700 800 反应物投入量 2 mol SO2、1 mol O2 4 mol SO3 2 mol SO2、1 mol O2 平衡v正(SO2)/(mol·L－1·s－1) v1 v2 v3 平衡c(SO3)/(mol·L－1) c1 c2 c3 平衡体系总压强p/Pa p1 p2 p3 物质的平衡转化率α α1(SO2) α2(SO3) α3(SO2) 平衡常数K K1 K2 K3 A.v1＜v2，c2＜2c1 B.K1＞K3，p2＞2p3 C.v1＜v3，α1(SO2)<α3(SO2) D.c2＞2c3，α2(SO3)＋α3(SO2)＜1 3．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： 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．若起始向容器Ⅰ中充入0.5 mol HCl、0.5 mol O2、0.5 mol Cl2和0.5 mol H2O(g)，则反应向正反应方向进行 4．Ⅰ.恒温、恒压下，在一可变容积的容器中发生如下反应：A(g)＋B(g)⇌C(g)。 (1)若开始时放入1 mol A和1 mol B，达到平衡后，生成a mol C，这时A的物质的量为________ mol。 (2)若开始时放入3 mol A和3 mol B，达到平衡后，生成C的物质的量为________ mol。 (3)若开始时放入x mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡后，A和C的物质的量分别是y mol和3a mol，则x＝________ mol，y＝________ mol。平衡时，B的物质的量________(填字母)。 A．大于2 mol B．等于2 mol C．小于2 mol D．可能大于、等于或小于2 mol 作出此判断的理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)若在(3)的平衡混合物中再加入3 mol C，待再次达到平衡后，C的物质的量分数是________________。 Ⅱ.若维持温度不变，在一个与(1)反应前起始体积相同且容积固定的容器中发生上述反应。 (5)开始时放入1 mol A和1 mol B达到平衡后生成b mol C，将b与(1)小题中的a进行比较：________(选填一个编号)。 甲：a<b 乙：a>b 丙：a＝b 丁：不能比较 作出此判断理由是________________________________________________。 微专题·大素养 专题精练 1．解析：因为反应2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)在恒温、恒容的条件下进行。根据等效平衡的原理可知，甲与丙最后达到平衡时SO2、O2、SO3的物质的量、容器内的压强、SO2与O2的比值都相同；乙相当于在甲容器达到平衡后，将容器的体积瞬间扩大为原来的2倍。设甲达到平衡时容器内的压强为p甲，此时容器内瞬间压强减小为，此时平衡向逆反应方向移动，气体的物质的量增加，SO3的质量减小，所以容器内气体的压强增大，则p乙>，则2p乙>p甲＝p丙，SO3的质量，m甲＝m丙>2m乙，A错、B对；当甲容器达到平衡后瞬间将容器体积扩大2倍，平衡向逆反应方向移动，但是生成的SO2与O2的物质的量之比为2∶1，这与开始两者加入的物质的量之比相同，所以在此过程中SO2与O2的物质的量之比一直是2∶1不变，C错；甲与丙为等效平衡，但达到平衡时，甲容器中SO2的转化率与丙容器中SO3的转化率不一定相等，即Q甲不一定等于Q丙，D错。 答案：B 2．解析：比较容器1、2，容器2中投料相当于容器1中的2倍，相当于容器2中起始压强是1中的2倍，所以平衡时用2中各物质表示的反应速率均大于1中；由于2中压强大，更有利于反应正向移动，故平衡时c2＞2c1，A错误。比较容器1、3，3中温度高，由正反应放热可知，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以K1＞K3；比较容器2、3中投料，2中投料相当于3中2倍，3中温度高，且平衡逆向移动，所以一定有p2＜2p3，B错误。比较容器1、3，只有温度不同，3中温度高，反应速率快，则有v1＜v3；3中更有利于反应逆向进行，SO2的转化率低，则有α1(SO2)＞α3(SO2)，C错误。比较容器2、3，2中投料相当于3中2倍，若建立相同平衡，则c2＝2c3，但2中压强大，温度低，有利于反应向生成SO3的方向进行，则c2＞2c3；容器2、3分别从不同方向建立平衡，若建立相同平衡则有α2(SO3)＋α3(SO2)＝1，但由于2中温度低、压强大，更利于反应向生成SO3的方向进行，α2(SO3)减小，故α2(SO3)＋α3(SO2)＜1，D正确。 答案：D 3．答案：B 4．解析：(1)由反应A(g)＋B(g)⇌C(g)可知，生成a mol C必消耗a mol A，则n(A)＝(1－a) mol。 (2)因(2)与(1)为恒温恒压条件下的等效平衡，且(2)开始时A和B的物质的量为(1)开始时A和B物质的量的3倍，则达到平衡后(2)生成C的物质的量为(1)生成C的物质的量的3倍，故生成C的物质的量为3a mol。 (3)因(3)与(2)为恒温恒压条件下的等效平衡，若1 mol C全部生成A和B，则可得到1 mol A和1 mol B，则x mol＋1 mol＝3 mol，解得x＝2。 　　　　　　　　 A(g) ＋ B(g) ⇌ C(g) 开始物质的量(mol) 2 2 1 转化物质的量(mol) 3a－1 3a－1 3a－1 平衡物质的量(mol) 3－3a 3－3a 3a 从而可得y＝3－3a，n(B)平＝(3－3a) mol。 由此可知，若3a>1，则B的物质的量小于2 mol；若3a＝1，则B的物质的量等于2 mol；若3a<1，则B的物质的量大于2 mol。 (4)因(4)与(1)和(2)均为等效平衡，则(4)与(1)和(2)中C的物质的量分数均相等，故C的物质的量分数为＝或＝。 (5)因为容器的容积不变，而(1)小题中容器的容积缩小，所以随着反应进行，(5)小题的容器中的压强小于(1)小题容器中的压强，有利于平衡逆向移动，故反应达到平衡后a>b。 答案： (1)(1－a)　(2)3a　(3)2　(3－3a)　D 若3a>1，B的物质的量小于2 mol；若3a＝1，B的物质的量等于2 mol；若3a<1，B的物质的量大于2 mol (4)　(5)乙　因为(5)小题中容器的容积不变，而(1)小题中容器的容积缩小，所以随着反应进行，(5)小题的容器中的压强小于(1)小题容器中的压强，有利于平衡逆向移动，故反应达到平衡后a>b 学科网（北京）股份有限公司 $$