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名师指导高考数学复习:再谈等效平衡
 
作者:佚名 来源:不详 点击数: 时间:2008-11-14 17:07:38【字体:
 
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  一、 等效平衡的概念

  目前大家公认的定义为:在一定的条件下,可逆反应不论采取任何途径,即无论反应从正反应方向还是从逆反应方向开始,无论是将反应物一次性投入还是分批投入,只要达到平衡后,各相同组分的百分含量相同,就视为等效平衡。这里的百分含量,可以是物质的量分数,也可以是质量分数。

  二、 等效平衡的类型

  在考虑平衡体系时,现在流行的分类方法是:以反应条件为前提,归纳出在各种条件(温度、压强、容积)下何时能形成等效平衡,然后来解决问题。今天在这里介绍从另一个角度——可逆反应来认识等效平衡,这样使大家在高考复习中对等效平衡更好理解和应用。

  我们以可逆反应方程式为主,把可逆反应方程式前后气体计量系数之和是否相等分为两类:

  第一类,化学反应方程式前后气体计量系数之和不相等,在下列两种情况下可形成等效平衡。

  ⑴在定温、定压情况下,改变起始时加入物质的物质的量,如按化学计量数换算成与原平衡相同的物质,且这些物质的物质的量之比(或值)与原平衡相等,则达到平衡后与原平衡等效。

  解释:在温度和压强一定时,不论装入各反应物的起始量是多少,只要各物质的起始量按化学计量数换算成与原平衡起始(或平衡)时相同的物质,且各物质的起始量之比与原平衡相等或相当[如对于2SO2(g)+O2(g)→2SO3来说,装入SO3即相当于按物质的量之比2︰1装入SO2和O2]就会达到等效平衡。

  例如;对于2SO2(g)+O2(g) →2SO3来说,等温等压下,起始时将①4molSO2和2molO2;②6molSO2和3molO2;③3molSO2和1.5molO2和1molSO3;④nmolSO3等分别放入密闭等压容器中,达到平衡时,混合气体中SO2的百分含量均相等,达等效平衡。

  达到上述等效平衡时,各物质的物质的量浓度、各物质的分数;各反应物的转化率;气体的密度;气体的平均摩尔质量等均相同,但是各物质的物质的量不一定相同,对应量应该成正比关系。

  ⑵在定温、定容情况下,不论装入各反应物的起始量是多少,只要各物质的起始量按化学计量数换算成与原平衡起始(或平衡)时相同的物质,且这些物质的物质的量与原平衡相等,则达平衡后与原平衡等效。

  解释:在温度和体积一定时,只要起始时装入物质的物质的量与原平衡相等或相当(如装入3molSO3即相当于装入3molSO2和1.5molO2),就达到等效平衡。

  例如:对于2SO2(g)+O2(g)→ 2SO3(g)来说,在等温等容下,起始时将①2molSO2和1molO2;②2molSO3;③1.6molSO2;0.8mol O2和0.4molSO3等分别充入体积相等的密闭容器中,达到平衡时,混合气体中SO2的百分含量均相等。达等效平衡。

  达到上述等效平衡时,等效的物理量最多,几乎是全等了,于是,有的教辅书将其称为“等同平衡”,应该指出的是,“等同平衡”的说法是不妥当的。比如不同的投料方式,放出的热量就不同。如上述的平衡2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)中,①是放出热量,②是吸收热量,③无论是吸热还是放热都与①②不同,所以说“完全等同”是不合理的。

  第二类,化学反应方程式前后气体计量系数之和相等,下列情况可形成等效平衡:

  在定温情况下(恒容或恒压),改变起始时加入物质的物质的量,如按化学计量数换算成与原平衡相同的物质,且这些物质的物质的量之比(或值)与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。

  解释:当温度一定时,不论装入各反应物的起始量是多少,只要各物质的起始量按化学计量数换算成与原平衡起始(或平衡)时相同的物质,且各物质的物质的量之比与原平衡相等或相当[如对于H2(g)+I2(g)→2HI(g)来说,装入3molHI(g)相当于装入3molH2(g)和3molI2(g)。],因平衡与压强无关,就会达到等效平衡。

  例如:对于H2(g)+I2(g)→2HI(g)来说,在等温恒容条件下,起始时将①3molH2和3molI2;②1molH2和1molI2③nmolHI,④1molH2和1molI2和amolHI等分别放入密闭容器中,达到平衡时,混合气体中的HI(g)百分含量均相等,此时,①②④达平衡时各物质的转化率也是相等的,平衡时各物质的物质的量浓度虽然不等,但成正比关系,此时,气体的密度也是正比关系。热量的变化应不相同。

  例一、2003-理综 某温度下,在一容积可变的容器中,反应2A(g)+B(g)→2C(g)达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为4mol,2mol和4mol,保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整,可使平衡右移的是:

  A、均减半 B、均加倍 C、均增加1mol D、均减少1mol

  解析;此为恒温恒压下的前后气体体积不等的反应。A和B选项均为对原平衡中各物质的物质的量呈正比的变化,平衡并不移动。C选项可以设想分成两次加入,先 加入A-1mol,B-0.5mol,C-1mol,此时平衡不移动,然后再单独加入0.5molB,平衡向右移动。答案:C

  例二、在一个1L的密闭容器中,加入2molA和1molB。发生下述反应:2A(g)+B(g)→3C(g)+D(s),达到平衡时,C的浓度为1.2mol/L,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的浓度还是1.2mol/L的是

  A、1molA+0.5molB+1.5molC+0.1molD;B、3molC+0.7molD;C、2molA+1molB+1molD;D、0.5molA+0.25molB+2.25molC

  解析:此题为等效平衡开创了一种新思路,也将等效平衡的判断引入更深的思考.在选项A中,只要将C从右向左反应0.3mol,就能达到1.2mol,但此时D为0,不能再进行逆向反应了,所以不符合题意.同理B选项中只要将D从右向左反应1.8mol,就能达到1.2mol的等效平衡,B正确。C选项D是固体,不影响原等效平衡状态,D选项中右侧没有D物质,不能进行逆向反应。答案:B、C

 

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