2013届高考化学三轮复习讲义：关于可逆反应达平衡标志的一个问题

关于可逆反应达平衡标志的一个问题
在一定条件下，某一可逆反应达到化学平衡状态后，反应混合物中各组分的量保持一定，我们习惯把这一点理解为化学平衡状态的一个特征，并常应用这一特征，来判断某一可逆反应是否已达到化学平衡状态。并引申为体系中各组分的物质的量、浓度或分数（包括质量分数、物质的量分数或体积分数）、反应物的转化率不再变化，均可作为可逆反应已达化学平衡状态的判断标志。那么，反应混合物中某物质的物质的量分数恒定，一定说明可逆
反应已达平衡了吗？
我们先来看一道题：将N2、H2充入某密闭容器并发生反应：N2+3H22NH3，下列叙述能表明反应已达平衡状态的是 ① N2的物质的量分数不再发生变化 ②H2的物质的量分数不再发生变化 ③NH3的物质的量分数不再发生变化
对于③，毫无争议，因为最初NH3的物质的量分数为零，随反应的发生，NH3的物质的量分数逐渐增大，当NH3的物质的量分数不再发生变化时，一定可以说明该反应已达到化学平衡状态。对于②，也毫无争议，一定可以。但对于①，就不一定了。若起始是将N2、H2按物质的量之比1:1投入一恒容密闭容器中发生反应，我们来计算一下混合气体中N2的体积分数。
解：设加入N2、H2各1mol，反应消耗氮气x mol。
N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) 反应差量（mol）
反应关系量（mol） 1 3 2 2
起始量（mol） 1 1 0
转化量（mol） x 2x
终了(或平衡)量（mol） 1－x
由差量法得终了（或平衡）时反应混合物总物质的量＝（1+1）－2x ＝ 2－2x （mol）则N2的体积分数＝ （1－x）/（2－2x）＝ 1/2
可见，不论反应进行到何种程度，也不论平衡怎样移动，反应混合气中N2的体积分数都为50%。
对于可逆反应aA(g) + bB(g)pD(g) + qE(g) { a+b＞p+q且[(a+b)－(p+q)]≥2}，若起始投料只有A、B，我们来分析一下，投入的B的物质的量或者说投入的总物质的量与投入的A的物质的量之间满足一定的关系，则不论反应进行到何种程度，也不论平衡怎样移动，反应混合气中A的体积分数为一定值。
aA(g) + bB(g)pD(g) + qE(g) 反应差量（mol）
反应关系量（mol） a [(a+b)－(p+q)]
起始量（mol） nA nB 0 0
转化量（mol） x
终了(或平衡)量（mol） nA－x
由差量法得终了（或平衡）时反应混合物总物质的量＝（nA+ nB）－（mol）
则A的体积分数＝
欲使A的体积分数为一常数，须 （nA+ nB）＝[(a+b)－(p+q)]/a·nA （mol）
即 nB＝[b－(p+q)]/a·nA （mol）
此时 A的体积分数＝
＝
＝＝
我们可以把这一点总结为如下结论：对于可逆反应aA(g) + bB(g)pD(g) + qE(g) { a+b＞p+q且[(a+b)－(p+q)]≥2}，若起始投料只有A、B，且投入B的物质的量为A的[b－(p+q)]/a 倍或者投料总量为A的[(a+b)－(p+q)]/a 倍，则不论反应进行到何种程度，也不论平衡怎样移动，反应混合气中A的体积分数为一定值，等于a/[(a+b)－(p+q)]。
下面我们应用上述结论，来解决下面几道习题:
1、在密闭容器中，对于可逆反应Ａ+2BC(气) ，平衡时C的体积分数与温度和压强的关系如图所示，下列判断不正确的是
A．若正反应方向△H<0，则T 1< T2
B．压强增大时，混合气体的平均相对分子质量增大
C．A不一定为气体， B一定为气体
D．若A、B均为气体，压强增大时，混合气体中A、B的体积分数一定都减小
答案：D
2、在一恒容密闭容器中，充入1.25 mol N2和1.25 mol H2进行化学反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；△H＜0。在不同温度下达到平衡时H2的体积分数如下表所示：
T/℃ 200 300 400
H2的体积分数 α1 α2 25%
（1）试比较α1、α2的大小：α1 α2（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（2）若反应在400℃下进行，下列各项能作为判断反应达到化学平衡状态依据的是
A．容器内N2、H2、NH3的物质的量分别为1.0 mol、0.5 mol、0.5 mol
B．v正(N2) ＝ 3 v正(H2 )
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的平均相对分子质量保持不变
（3）若反应在200℃下进行，达到平衡时N2的体积分数为 。
答案：（1）＜ （2）A CＥ　　（3）50%