2020版新一线高考化学（鲁科版）一轮复习教学案：专项突破17　“等效平衡”在平衡状态比较中的应用

专项突破(十七)　“等效平衡”在平衡状态比较中的应用

1．等效平衡的概念

在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分的百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。

2．等效平衡的类型

3.实例

在恒温恒容条件下，可逆反应：2A(g)＋B(g)3C(g)＋D(g) 　ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q>0)，起始物质的量如表所示：

(1)上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？

①③⑤。

(2)达到平衡后，①放出的热量为Q1 kJ，⑤吸收的热量为Q5 kJ，则Q、Q1、Q5的定量关系为Q1＋Q5＝Q。

(3)其他条件不变，当D为固体时，上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？①②③⑤。

(4)将“恒温恒容”改为“恒温恒压”，a.上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？①②③⑤。b.达平衡后①②放出的热量分别为Q1和Q2，则Q1与Q2的关系Q2＝2Q1。

4．平衡状态比较的三种思维模板

(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。  

(3)恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式(起始量相同)

1．(2019·石家庄模拟)同温度下，体积均为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.6 kJ·mol－1。测得数据如表：

下列叙述不正确的是(　　)

A．容器①、②中反应达平衡时压强相等

B．容器②中反应开始时v(正)>v(逆)

C．容器②中反应达平衡时，吸收的热量Q为9.26 kJ

D．若条件为“绝热恒容”，容器①中反应达平衡时n(NH3)<0.6 mol

B　[根据容器①中反应达到平衡时能量的变化可知，该反应中转化的N2为＝0.3 mol，因此根据三段式法可得

　　    　　N2(g)＋　3H2(g)2NH3(g)

起始/(mol)   2   3    0

转化/(mol)   0.3   0.9    0.6

平衡/(mol)   1.7   2.1    0.6

故平衡常数K＝≈0.023<≈0.069，因此容器②中反应向逆反应方向进行，v(正)<v(逆)，B项错误；容器①和容器②中平衡为等效平衡，A项正确；容器②中反应达到平衡时生成0.1 mol N2，因此吸收的热量为92.6 kJ/mol×0.1 mol＝9.26 kJ，C项正确；若条件改为“绝热恒容”，容器①中反应放热，达平衡时比原来①中温度高，升高温度平衡逆向移动，故容器①中反应达到平衡时，NH3的物质的量小于0.6 mol，D项正确。]

2．将4.0 mol PCl3和2.0 mol Cl2充入体积不变的密闭容器中，在一定条件下发生反应：PCl3(g)＋Cl2(g)PCl5(g)。达到平衡时，PCl5为0.8 mol，如果此时移走2.0 mol PCl3和1.0 mol Cl2，在相同温度下再达平衡时PCl5的物质的量是(　　)

A．0.8 mol　　　 B．0.4 mol

C．小于0.4 mol D．大于0.4 mol，小于0.8 mol

C　[已知：

3．恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)＋B(g)C(g)，若开始时通入1 mol A和1 mol B，达到平衡时生成a mol C。则下列说法错误的是(　　)

A．若开始时通入3 mol A和3 mol B，达到平衡时，生成的C的物质的量为3a mol

B．若开始时通入4 mol A、4 mol B和2 mol C，达到平衡时，B的物质的量一定大于4 mol

C．若开始时通入2 mol A、2 mol B和1 mol C，达到平衡时，再通入3 mol C，则再次达到平衡后，C的物质的量分数为

D．若在原平衡体系中，再通入1 mol A和1 mol B，混合气体的平均相对分子质量不变

B　[选项A，开始时通入3 mol A和3 mol B，由于容器体积膨胀，保持恒压，相当于将三个原容器叠加，各物质的含量与原平衡中的相同，C的物质的量为3a mol；选项B，无法确定平衡移动的方向，不能确定平衡时B的物质的量一定大于4 mol；选项C，根据题给数据可算出达到平衡时C的物质的量分数为；选项D，这种条件下混合气体的平均相对分子质量不变。]

4．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2 mol N2、3 mol H2，反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为m mol。

(1)相同温度下，在乙中加入4 mol N2、6 mol H2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择，只填字母，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol。

A.小于m　　B．等于m　　C．在m～2m之间

D．等于2m　　E．大于2m

(2)若开始时甲、乙两容器的容积相同，甲保持恒温恒容达到平衡，乙保持恒温恒压通入2 mol N2和3 mol H2达到平衡，两容器平衡时，转化率α(N2)，甲________乙(填“>”“<”或“＝”)。

解析：(1)由于甲容器定容，而乙容器定压，当它们的压强相等达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m mol。当甲、乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于2m mol。(2)起始加入量相同，平衡时乙中的压强大，反应程度大，α(N2)大。

答案：(1)D　E　(2)<