巧用等效平衡解答疑難試題

寧夏 王開山

(作者單位：寧夏育才中學)

巧用等效平衡解答疑難試題

一、等效平衡原理

對于同一個可逆反應，在相同的條件下(恒溫恒容或恒溫恒壓)，不管是從正反應開始，還是從逆反應開始，或從正反應和逆反應同時開始，達到平衡時，反應混合物中同種物質的百分含量相同，這樣的平衡稱為等效平衡。

二、等效平衡的分類及判斷方法

對于反應mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)條件m+n≠p+q時m+n=p+q時恒溫、恒容一邊倒后數值完全相同才建立等效(等同)平衡,即“等量等效”恒溫、恒壓一邊倒后數值成比例就建立等效平衡,即“等比等效”一邊倒后數值成比例就建立等效平衡,即“等比等效”

說明：

1.“一邊倒”(完全轉化)指的是把一邊“歸零”， 通過可逆反應的化學計量數比換算成另一半邊物質的物質的量(濃度)。

2.等效指的是達到平衡后同種組分百分含量(物質的量分數、質量分數、體積分數)相同。也有可能同種組分的物質的量、質量、體積、物質的量濃度也相同。

三、疑難試題解答

1.解答加料問題

①4 mol A+2 mol B ②2 mol A+1 mol B+2 mol C

③2 mol C+1 mol B ④2 mol C

⑤1 mol A+0.5 mol B+1 mol C

(1)達到平衡后，C的物質的量濃度仍是kmol/L的是___________ 。

(2)若令a、b、c分別代表初始加入的A、B、C的物質的量，如果a、b、c取不同的數值，它們必須滿足一定的相互關系，才能保證達到平衡時，反應混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時完全相同，填寫：

Ⅰ.若a=0，b=0，則c=___________ 。

Ⅱ.若a=0.5，b=0，則b=___________ ，c=___________ 。

Ⅲ.a、b、c的取值必須滿足的一般條件是___________ ；___________ 。(用兩個方程式表示，一個只含a、c，另一個只含b、c)

解析：(1)該反應m+n≠p+q且條件為恒溫、恒容，所以要滿足“等量等效”。將②③④⑤的加料方式全部進行“一邊倒”轉化為反應物A和B的量后，只有④⑤的加料方式與2 mol A和1 mol B的加料方式完全一致。(2)根據 “一邊倒”的方式進行轉化，即amol A+bmol B+cmol C等價轉化為amol A+bmol B+(cmol A+c/2 mol B)。

答案：(1)④⑤

(2)Ⅰ.c=2 Ⅱ.b=0.25c=1.5 Ⅲ.a+c=2b+c/2=1

2.解答平衡移動方向問題

( )

A.均減半________________ B.均加倍

C.均增加1 mol___________D.均減少1 mol

解析：容積可變，說明是恒溫、恒壓條件，滿足“等比等效”。A項，“均減半”后A、B、C的物質的量分別為2 mol、1 mol 和2 mol，滿足“等比等效”，平衡不會移動；B項，“均加培”后A、B、C的物質的量分別為8 mol、4 mol和8 mol，滿足“等比等效”，平衡不會移動；C項，“均增加1 mol”后A、B、C的物質的量分別為5 mol、3 mol和5 mol，相當于在5 mol、2.5 mol和5 mol的基礎上又增加了0.5 mol B,平衡向右移動；D項，“均減小1 mol”后A、B、C的物質的量分別為3 mol、1 mol和3 mol，相當于在3 mol、1.5 mol和3 mol的基礎上減少了0.5 mol B,平衡向左移動。

答案：C

3.解答方程式計量系數問題

( )

A.1___________B．2

C.3___________D.任意值

解析：分兩種情況分析：

(1)當反應前后氣體體積不相等，則兩種投料方式換算到同一邊后各組分應完全相同(即恒溫恒容時“等量等效”)：

起始量/mol___________0.9___________0.3___________2.1

等效于/mol___________0.9+6.3/x___________0.3+2.1/x___________0

即0.9+6.3/x=3 0.3+2.1/x=1

解得x=3

(2)當反應前后氣體體積相等，則兩種投料方式換算到同一邊后各組分應完全相同(即恒溫恒壓時“等比等效”)：

起始量/mol___________0.9___________0.3___________2.1

等效于/mol___________0.9+6.3/4___________0.3+2.1/4___________0

即0.9+6.3/4 = 2.475 0.3+2.1/4=0.825

2.475∶0.825=3∶1，與起始量的投料比相同，故x=4成立。

答案：C

4.解答反應物轉化率問題

( )

A.x>y________________B.x

C.x=y___________D.不能確定

解析：先建立等效平衡模型，即假設原容器的體積可變，當再充入1 mol N2O4后重新建立起的平衡和原平衡等效，此時NO2的轉化率依然為x%。當體積不發生變化時，在原平衡的基礎上要縮小容器的體積，即增大了壓強，該反應正反應方向為氣體體積縮小的方向，平衡向正反應方向移動，NO2的轉化率增大，即x

答案：B

5.解答反應熱的問題

6.解答容器體積大小問題

例6 如圖所示，A是由導熱材料制成的密閉容器，B是一耐化學腐蝕且易于傳熱的透明氣囊。關閉K2，將各1 mol NO2通過K1、K3分別充入A、B中，反應起始時A、B的體積相同均為aL。若打開K2，平衡后B容器的體積縮至0.4aL，則打開K2之前，氣球B體積為___________ L。

(作者單位：寧夏育才中學)