化學平衡·難點講解與習題
1、等效平衡
一、概念
在一定條件（恆溫恆容或恆溫恆壓）下，同一可逆反應體系，不管是從正反應開始，還是從逆反應開始，在達到化學平衡狀態時，任何相同組分的含量（體積分數、物質的量分數等）均相同，這樣的化學平衡互稱等效平衡（包括「相同的平衡狀態」）。
概念的理解：
（1）外界條件相同：通常可以是①恆溫、恆容，②恆溫、恆壓。
（2）「等效平衡」與「完全相同的平衡狀態」不同：「完全相同的平衡狀態」 是指在達到平衡狀態時，任何組分的物質的量分數（或體積分數）對應相等，並且反應的速率等也相同，但各組分的物質的量、濃度可能不同。而「等效平衡」只要求平衡混合物中各組分的物質的量分數（或體積分數）對應相同，反應的速率、壓強等可以不同。
（3）平衡狀態只與始態有關，而與途徑無關，（如：①無論反應從正反應方向開始，還是從逆反應方向開始②投料是一次還是分成幾次③反應容器經過擴大—縮小或縮小—擴大的過程，）只要起始濃度相當，就達到相同的平衡狀態。
二、等效平衡的分類
在等效平衡中比較常見並且重要的型別主要有以下三種：
i類：恆溫恆容下對於反應前後氣體體積發生變化的反應來說（即△v≠0的體系）：等價轉化後，對應各物質起始投料的物質的量與原平衡起始態相同。
ii類：恆溫恆容下對於反應前後氣體體積沒有變化的反應來說（即△v=0的體系）：等價轉化後，只要反應物（或生成物）的物質的量的比例與原平衡起始態相同，兩平衡等效。
iii類：恆溫恆壓下對於氣體體系等效轉化後，只要反應物（或生成物）的物質的量的比例與原平衡起始態相同，兩平衡等效。
解題的關鍵，讀題時注意勾畫出這些條件，分清類別，用相應的方法求解。我們常採用「等價轉換」的方法，分析和解決等效平衡問題
三、例題解析
i類： 在恆溫恆容下，對於化學反應前後氣體體積發生變化的可逆反應，只改變起始加入物質的物質的量，如果通過可逆反應的化學計量數之比換算成化學方程式的同一邊物質的物質的量與原平衡相同，則兩平衡等效。
例1：在一定溫度下，把2 mol so2和1 mol o2通入一定容積的密閉容器中，發生如下反應，，當此反應進行到一定程度時反應混合物就處於化學平衡狀態。現在該容器中維持溫度不變，令a、b、c分別代表初始時加入的的物質的量（mol），如果a、b、c取不同的數值，它們必須滿足一定的相互關係，才能保證達到平衡狀態時，反應混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡完全相同。
請填空：
（1）若a=0，b=0，則c
（2）若a=0.5，則bc
（3）a、b、c的取值必須滿足的一般條件是請用兩個方程式表示，其中乙個只含a和c，另乙個只含b和c）
解析：通過化學方程式：可以看出，這是乙個化學反應前後氣體分子數不等的可逆反應，在定溫、定容下建立的同一化學平衡狀態。
起始時，無論怎樣改變的物質的量，使化學反應從正反應開始，還是從逆反應開始，或者從正、逆反應同時開始，它們所建立起來的化學平衡狀態的效果是完全相同的，即它們之間存在等效平衡關係。我們常採用「等價轉換」的方法，分析和解決等效平衡問題。（1）若a=0，b=0，這說明反應是從逆反應開始，通過化學方程式可以看出，反應從2 mol so3開始，通過反應的化學計量數之比換算成和的物質的量（即等價轉換），恰好跟反應從2 mol so2和1 mol o2的混合物開始是等效的，故c=2。
（2）由於a=0.5<2，這表示反應從正、逆反應同時開始，通過化學方程式可以看出，要使0.5 mol so2反應需要同時加入0.
25 mol o2才能進行，通過反應的化學計量數之比換算成so3的物質的量（即等價轉換）與0.5 mol so3是等效的，這時若再加入1.5 mol so3就與起始時加入2 mol so3是等效的，通過等價轉換可知也與起始時加入2 mol so2和1 mol o2是等效的。
故b=0.25，c=1.5。
（3）題中要求2 mol so2和1 mol o2要與a mol so2、b mol o2和c mol so3建立等效平衡。由化學方程式可知，c mol so3等價轉換後與c mol so2和等效，即是說，和與a mol so2、b mol o2和c mol so3等效，那麼也就是與2 mol so2和1 mol o2等效。故有。
ii類：在恆溫恆容下，對於反應前後氣體體積不變的可逆反應，只要反應物（或生成物）的物質的量之比與原平衡相同，則兩平衡等效。
例2：在乙個固定容積的密閉容器中，保持一定的溫度進行以下反應：
已知加入1 mol h2和2 mol br2時，達到平衡後生成a mol hbr（見下表已知項），在相同條件下，且保持平衡時各組分的體積分數不變，對下列編號①～③的狀態，填寫下表中的空白。
解析：在定溫、定容下，建立起化學平衡狀態，從化學方程式可以看出，這是乙個化學反應前後氣體分子數相等的可逆反應。根據「等價轉換」法，通過反應的化學計量數之比換算成同一邊物質的物質的量之比與原平衡相同，則達到平衡後與原平衡等效。
①因為標準項中n（起始）：n（起始）：n（hbr平衡）=1：
2：a，將n（h2起始）=2 mol，n（br2起始）=4 mol，代入上式得n（hbr平衡）=2a。②參照標準項可知，n（hbr平衡）=0.
5a mol，需要n（h2起始）=0.5 mol，n（br2起始）=1 mol，n（hbr起始）=0 mol。而現在的起始狀態，已有1 mol hbr，通過等價轉換以後，就相當於起始時有0.
5 mol h2和0.5 mol br2的混合物，為使n（h2起始）：n（br2起始）=1：
2，則需要再加入0.5 mol br2就可以達到了。故起始時h2和br2的物質的量應為0 mol和0.
5 mol。③設起始時hbr的物質的量為x mol，轉換成h2和br2後，則h2和br2的總量分別為（）mol和（）mol，根據，解得。設平衡時hbr的物質的量為y mol，則有，解得。
iii類： 在恆溫恆壓下，改變起始時加入物質的物質的量，只要按化學計量數之比換算成化學方程式的同一邊物質的物質的量之比與原平衡相同，達到平衡狀態後與原平衡等效。
例3：如圖所示，在一定溫度下，把2體積n2和6體積h2通入乙個帶有活塞的容積可變的容器中，活塞的一端與大氣相通，容器中發生以下反應：（正反應放熱），若反應達到平衡後，測得混合氣體的體積為7體積。
據此回答下列問題：
（1）保持上述反應溫度不變，設a、b、c分別代表初始加入的n2、h2和nh3的體積，如果反應達到平衡後混合氣體中各氣體的體積分數仍與上述平衡相同，那麼：①若a=1，c=2，則b在此情況下，反應起始時將向填「正」或「逆」）反應方向進行。②若需規定起始時反應向逆反應方向進行，則c的取值範圍是
（2）在上述裝置中，若需控制平衡後混合氣體為6.5體積，則可採取的措施是原因是
解析：（1）①化學反應：在定溫、定壓下進行，要使平衡狀態與原平衡狀態等效，只要起始時就可以達到。
已知起始時各物質的體積分別為1體積n2、b體積h2和2體積。根據「等價轉換」法，將2體積通過反應的化學計量數之比換算成和的體積，則相當於起始時有（1+1）體積和（b+3）體積，它們的比值為，解得b=3。
因反應前混合氣體為8體積，反應後混合氣體為7體積，體積差為1體積，由差量法可解出平衡時為1體積；而在起始時，的體積為c=2體積，比平衡狀態時大，為達到同一平衡狀態，的體積必須減小，所以平衡逆向移動。②若需讓反應逆向進行，由上述①所求出的平衡時的體積為1可知，的體積必須大於1，最大值則為2體積和6體積完全反應時產生的的體積，即為4體積，則。
（2）由6.5<7可知，上述平衡應向體積縮小的方向移動，亦即向放熱方向移動，所以採取降溫措施。
例4：（一）恆溫、恆壓下，在乙個容積可變的容器中發生如下反應：
（1）若開始時放入1 mol a和1 mol b，達到平衡後，生成a mol c，這時a的物質的量為________ mol。（2）若開始時放入3 mol a和3 mol b，達到平衡後，生成c的物質的量為_________mol。（3）若開始時放入x mol a、2 mol b和1 mol c，達到平衡後，a和c的物質的量分別為y mol和3a mol，則xy平衡時，b的物質的量________（填編號）。
（甲）大於2 mol （乙）等於2 mol （丙）小於2 mol （丁）可能大於、等於或小於2 mol
（4）若在（3）的平衡混合物中再加入3 mol c，待再次達到平衡後，c的物質的量分數是
（二）若維持溫度不變，在乙個與（一）反應前起始體積相同，且容積固定的容器中發生上述反應。
（5）開始時放入1 mol a和1 mol b到達平衡後生成b mol c。將b與（1）小題中的a進行比較填編號）。
（甲）a>b（乙）a作出此判斷的理由是
解析：（一）（1）由反應知，反應達平衡後，若有a mol c生成，則必有a mol a物質消耗，此時剩餘a的物質的量為（1－a）mol。
（2）在恆溫、恆壓下，若投放3 mol a和3 mol b，則所占有的體積為（1）中的3倍。由於a、b的投放比例與（1）相同，故平衡時與（1）等效，而c的物質的量為3a mol。
（3）由於達到平衡時c的物質的量為3a mol，故此平衡狀態與（2）完全相同。若把c的物質的量完全轉化為a和b，a、b的物質的量應與（2）完全相等。
起始（molx 2 1
將c轉化為a、b（mol）： x+1 2+1 0
平衡時（moly 3－3a 3a
據題意有：，解得；，解得y=3－3a。通過上述可知，平衡時b的物質的量為（3－3a）mol，由於該反應起始時投放的物質為a、b、c均有，即從中間狀態開始達到平衡，故平衡可能向左、向右或不移動，也即3a可能大於、小於或等於1（不移動時，），故（3）中b的物質的量應為（丁）。
（4）在（3）的平衡中，再加入3mol c，所達到的平衡狀態與（1）、（2）、（3）皆為等效狀態，通過（1）可求出c的物質的量分數為，也就是在（3）的平衡狀態時c的物質的量分數。（二）（5）因此時容器的容積不變，而（1）中容器的容積縮小，（5）小題中容器相當於在（1）的基礎上減壓，則平衡逆向移動，故反應達到平衡後a>b，即應填（甲）。
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