微专题17应用“等效平衡”判断平衡移动结果\n【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。\n2．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)①2mol1mol0②002mol③0.5mol0.25mol1.5mol④amolbmolcmol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2mol，O2均为1mol，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。\n(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)①2mol3mol0②1mol3.5mol2mol③amolbmolcmol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。\n(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)①1mol1mol0②2mol2mol1mol③amolbmolcmol①②两种情况下，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。\n3．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。\n(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。\n微点拨平衡转化率的分析与判断方法反应aA(g)＋bB(g)⇌cC(g)＋dD(g)的转化率分析①若反应物起始物质的量之比等于化学计量数之比，达到平衡后，它们的转化率相等。②若只增加A的量，平衡正向移动，B的转化率提高，A的转化率降低。③若按原比例同倍数地增加(或降低)A、B的浓度，等效于压缩(或扩大)容器体积，气体反应物的转化率与化学计量数有关。同倍增大c(A)和c(B)\n【专题精练】1．已知2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)ΔH＝－197kJ·mol－1。向同温、同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲)2molSO2和1molO2；(乙)1molSO2和0.5molO2；(丙)2molSO3。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乙答案：B\n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。\n2．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－QkJ·mol－1(Q＞0)，现有三个相同的2L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O，在Ⅱ中充入1molCO2和，在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O，均在700℃条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是()A.2Q1＝2Q2＜Q3B.容器Ⅰ中CO的百分含量比容器Ⅲ中CO的百分含量高C.容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小D.容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1答案：C\n解析：容器Ⅰ中从正反应开始到达平衡，该反应为放热，容器Ⅱ中从逆反应开始到达平衡，该反应为吸热，无法比较Q1与Q2的大小，故A错误；容器Ⅲ中相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上再加入1molCO和1molH2O，压强不影响该化学平衡，但容器Ⅲ中反应的物质的量大，放热多，到达平衡时温度更高，该反应正反应是放热反应，温度升高平衡逆向移动，则容器Ⅲ中CO的转化率低，CO的百分含量高，故B错误；容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应方向移动，则容器Ⅱ中反应的平衡常数大于容器Ⅰ，C正确；温度相同时，容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1，容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动，二氧化碳的转化率比两容器相同温度对容器Ⅱ中CO2的转化率低，故容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1，故D错误。\n3．一定温度下，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/K700700800反应物投入量2molSO2、1molO24molSO32molSO2、1molO2平衡v正(SO2)/(mol·L－1·s－1)v1v2v3平衡c(SO3)/(mol·L－1)c1c2c3平衡体系总压强p/Pap1p2p3物质的平衡转化率αα1(SO2)α2(SO3)α3(SO2)平衡常数KK1K2K3A.v1＜v2，c2＜2c1B.K1＞K3，p2＞2p3C.v1＜v3，α1(SO2)<α3(SO2)D.c2＞2c3，α2(SO3)＋α3(SO2)＜1答案：D\n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。\n4．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1molA和1molB，达到平衡后，生成amolC，这时A的物质的量为________mol。(2)若开始时放入3molA和3molB，达到平衡后，生成C的物质的量为________mol。(3)若开始时放入xmolA、2molB和1molC，达到平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3amol，则x＝________mol，y＝________mol。平衡时，B的物质的量________(填字母)。A.大于2molB.等于2molC.小于2molD.可能大于、等于或小于2mol作出此判断的理由是_________________________________________________________。(1－a)3a2(3－3a)D若3a>1，B的物质的量小于2mol；若3a＝1，B的物质的量等于2mol；若3a<1，B的物质的量大于2mol\n(4)若在(3)的平衡混合物中再加入3molC，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1molA和1molB达到平衡后生成bmolC，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__________________________________________________________。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\n解析：(1)由反应A(g)＋B(g)⇌C(g)可知，生成amolC必消耗amolA，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3amol。(3)因(3)与(2)为恒温恒压条件下的等效平衡，若1molC全部生成A和B，则可得到1molA和1molB，则xmol＋1mol＝3mol，解得x＝2。A(g)＋B(g)⇌C(g)开始物质的量(mol)221转化物质的量(mol)3a－13a－13a－1平衡物质的量(mol)3－3a3－3a3a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2mol；若3a＝1，则B的物质的量等于2mol；若3a<1，则B的物质的量大于2mol。\n(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。
