摘要:本文針對等效平衡這個知識點,從問題的求解角度進行全新詮釋,將等效平衡的應用進行分類解釋。
關鍵詞:等效平衡;定壓;定容
等效平衡問題歷來是大多數高三學生的難點,有的遇到這類題就無所適從,不知如何去做。其實等效平衡只有兩類反應方程式,三種情況:對于I2(g)+H2(g)?葑2HI(g),不論定容還是定壓,只要折合后和原投料成比例,即可等效。對于2SO2+O2?葑2SO3(g),若是定壓,只要折合后和原投料成比例,即可等效。若為定容,則要和原投料折合成完全相同方可等效。(要注意等效后是濃度相同還是百分含量相同,這是兩種不同的等效結果),下面將經常遇到的實際問題歸納如下,供同學們參考。
一、判斷平衡移動的方向
例1(2003全國卷):某溫度下,在一容積可變的容器中,反應2A(g)+B(g)?葑2C(g)達到平衡時,A、B和C的物質的量分別為4mol、2mol和4mol。保持溫度和壓強不變,對平衡混合物中三者的物質的量做如下調整,可使平衡右移的是
A.均減半 B.均加倍
C.均增加1mol D.均減少1mol
解析:本題考查了等效平衡問題。在等溫等壓條件下,把加入的物質按照反應方程式中計量數轉化為反應物或生成物,物質的量之比保持一致即為等效平衡。選項A、B中三者比例為2:1:2,與題中比例一致,為等效平衡,平衡不移動。C可設想為兩步加入,第一次加入1molA、0.5molB、1molC,此時平衡不移動,第二次再加0.5molB(此法與一次性各加入1mol等效),提高反應物濃度,平衡向右移動。D中均減少1mol,也可設想為兩步進行,先將A減少1mol,B減少0.5mol,C減少1mol,此時平衡不移動,再將B減少0.5mol,降低反應物濃度,平衡向左移動。故選C。
二、確定方程式中的系數
例2:有可逆反應:2A(g)+3B(g)?葑xC(g)+4D(g),若按下列兩組配比:
(1)0.8molA 1.2molB 1.2molC 2.4molD
(2)1.4molA 2.1molB 0.6molC 1.2molD
分別放在容積不變的同一密閉容器中,在一定溫度下反應達平衡后,C的質量分數相等,則方程式中的x為:
A.1 B.2 C.3 D.4
解析:①若為量等同平衡,則x≠1,除用“一邊推”各組分的量分別相等求x外,還可將(1)看作是(2)正向反應進行的結果,故:(1.2mol-0.6mol):(2.4mol-1.2mol)=x:4,x=2。②若為量分數等同平衡,則x=1,“一邊推”后兩種配比的投料比應相同,而(1)正推后投料比n(C):n(D)=1.6:4;(2)正推后投料比n(C):n(D)=1.3:4;故不可能。因此選B。
三、考查逆向建立平衡
例3:在密閉容器中,對于反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g),SO2和O2起始時分別為20mol和10mol;達平衡時,SO2的轉化率為80%。若從SO3開始進行反應,在相同的溫度下,欲使平衡時各成分的百分含量與前者相同,則起始時SO3的物質的量及其轉化率為
A.10mol和10%B.20mol和20%
C.20mol和40%D.20mol和80%
解析:按題意“若從SO3開始進行反應,在相同的溫度下,欲使平衡時各成分的百分含量與前者相同”,建立相同的平衡,需SO3的物質的量為20mol,原平衡中SO2的轉化率為80%,達到平衡時SO3的物質的量應為16mol,可知,從SO3開始建立與之相同的平衡,達平衡時SO3的物質的量亦為16mol,故SO3的轉化率為■×100%=20%。故選B。
四、比較轉化率
例4(1998年全國卷):體積相同的甲、乙兩個容器中,分別都充有等物質的量的SO2和O2,在相同溫度下發生反應:2SO2+O2?葑2SO3,并達到平衡。在這過程中,甲容器保持體積不變,乙容器保持壓強不變,若甲容器中SO2的轉化率為p%,則乙容器中SO2的轉化率 ()
A.等于p%B.大于p%
C.小于p%D.無法判斷
解析:利用平衡中的等效轉化分析法,將兩平衡態先相聯系,再依據平衡移動原理相互轉化,便能快速方便地獲得結果。設乙容器壓強保持1.01×105Pa,因甲容器中體積保持不變,2SO2+O2?葑2SO3的正反應是個氣體體積縮小的反應,達到平衡時,混合氣體的總壓強小于1.01×105Pa。又減小壓強,平衡向逆反應方向移動,則甲容器中SO2轉化率低,乙容器中(定壓)SO2的轉化率高。故選B。