2019—2020学年第二学期北京高二化学 期中考试专题复习——等效平衡思想（学案及训练）

2020年北京高二化学 期中考试专题复习——等效平衡思想（学案及训练）

知识梳理
1．等效平衡的含义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，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。
2．等效平衡的判断方法
(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)
① 2 mol 1 mol 0
② 0 0 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
④ a mol b mol c mol
上述①②③三种配比，按化学方程式的化学计量关系均转化为反应物，则SO2均为2 mol，O2均为1 mol，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。
(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)
① 2 mol 3 mol 0
② 1 mol 3.5 mol 2 mol
③ a mol b mol c mol
按化学方程式的化学计量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。
(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)
① 1 mol 1 mol 0
② 2 mol 2 mol 1 mol
③ a mol b mol c mol
①②两种情况下，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。
3．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。

(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，见下图示)
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。

问题思考
对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持温度、体积不变，按要求回答下列问题。
(1)PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)
再充入PCl5(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，PCl5(g)的转化率________，PCl5(g)的百分含量______。
答案　正反应　减小　增大
(2)2HI(g)I2(g)＋H2(g)
再充入HI(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，HI的分解率________，HI的百分含量________。
答案　正反应　不变　不变
(3)2NO2(g)N2O4(g)
再充入NO2(g)，平衡向________方向移动，达到平衡后，NO2(g)的转化率________，NO2(g)的百分含量________。
答案　正反应　增大　减小

强化训练
1．已知H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＜0，有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，在相同温度下分别达到平衡。现欲使甲中HI平衡时的百分含量大于乙中HI平衡时的百分含量，则应采取的措施是(　　)
A．甲、乙提高相同温度
B．甲中加入0.1 mol He，乙中不变
C．甲降低温度，乙增大压强
D．甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2
答案　C
解析　相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，此时甲和乙建立的平衡是等效的。A项，甲、乙提高相同温度，平衡均逆向移动，HI的平衡百分含量均减小，错误；B项，甲中加入0.1 mol He，在定容密闭容器中，平衡不会移动，错误；C项，甲降低温度，平衡正向移动，甲中HI的平衡百分含量增大，乙增大压强平衡不移动，HI平衡时的百分含量不变，正确；D项，甲中增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2，结果还是等效的，错误。
2．一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，现有三个相同的2 L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1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2，在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O，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＜Q3
B．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
解析　A项，容器中平衡建立的途径不相同，无法比较Q1、Q2的大小；C项，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，平衡常数增大；D项，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中所达到的平衡状态，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，所以容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1。
3．在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表：
物质的量 CO2 H2 CO H2O
甲 a mol a mol 0 mol 0 mol
乙 2a mol a mol 0 mol 0 mol
丙 0 mol 0 mol a mol a mol
丁 a mol 0 mol a mol a mol

上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是(　　)
A．乙＝丁>丙＝甲 B．乙>丁>甲>丙
C．丁>乙>丙＝甲 D．丁>丙>乙>甲
答案　A
解析　此题可根据等效平衡理论，将产物按化学计量数转化到反应物一边，只要与原平衡对应物质的物质的量完全相同，所建立的平衡与原平衡视为等效。通过转换关系计算发现，甲与丙相同，乙和丁相同，甲：n(CO2)＝n(H2)＝a mol，乙：n(CO2)＝2a mol，n(H2)＝a mol，乙建立的平衡可以看成甲建立平衡后再加入a mol CO2，乙平衡向正反应方向移动，故n(CO)的大小顺序是：乙＝丁>丙＝甲，故选A。
4．已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197 kJ·mol－1。向同温同体积的三个密闭容器中分别充入气体：(甲)2 mol SO2和1 mol O2；(乙)1 mol SO2和0.5 mol O2；(丙)2 mol SO3。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
解析　甲与丙为等效平衡，平衡时对应各组分的物质的量相等，故压强p甲＝p丙，甲等效为在乙到达平衡的基础上，再加入1 mol SO2和0.5 mol O2，增大压强，平衡正向移动，p乙2m乙，故p甲＝p丙<2p乙、m甲＝m丙>2m乙，故A错误、B正确； 对于甲、乙，SO2、O2起始物质的量之比等于化学计量数之比，c(SO2)与c(O2)之比为定值2∶1，丙为分解反应，丙中c(SO2)与c(O2)之比为2∶1，故k甲＝k丙＝k乙＝2∶1，故C错误；甲与丙为等效平衡，只是起始物不同，Q甲＋Q丙＝197，甲等效为在乙的基础上增大一倍压强，平衡向正反应方向移动，SO2转化率增大，故Q甲>2Q乙，故D错误。
5．一定温度下，在三个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中发生反应：CH3OH(g)＋CO(g) CH3COOH(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(　　)
容器编号 温度/K 物质的起始浓度/mol·L－1 物质的平衡浓度/mol·L－1
c(CH3OH) c(CO) c(CH3COOH) c(CH3COOH)
Ⅰ 530 0.50 0.50 0 0.40
Ⅱ 530 0.20 0.20 0.40
Ⅲ 510 0 0 0.50

A.达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为3∶4
B．达平衡时，容器Ⅱ中比容器Ⅰ中的大
C．达平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
D．达平衡时，容器Ⅰ中CH3OH 转化率与容器Ⅲ中CH3COOH转化率之和大于1
答案　B
解析　根据CH3OH(g)＋CO(g)CH3COOH(g)可知容器Ⅱ中的起始量为相同条件容器Ⅰ中的1.2倍，相当于增大压强的结果，增大压强，平衡正向移动，容器Ⅰ中平衡时浓度之和为(0.40＋0.10＋0.10)mol·L－1＝0.60 mol·L－1，因此达平衡时，容器Ⅱ中平衡时浓度之和小于 0.60 mol·L－1×1.2＝0.72 mol·L－1，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比大于0.60∶0.72＝5∶6>3∶4，故A错误；容器Ⅱ中相当于容器Ⅰ增大压强的结果，平衡正向移动，则增大，故B正确；容器Ⅰ中起始量与容器Ⅲ等效，但容器Ⅲ中的温度低，温度越低，反应速率越慢，因此达平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的小，故C错误；该反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，CH3COOH的转化率减小，因此达平衡时，容器Ⅰ中CH3OH转化率与容器Ⅲ中CH3COOH转化率之和小于1，故D错误。