一、等同平衡原理和等效平衡原理
相同條件下,同一可逆反應體系,無論從正反應開始,還是從逆反應開始,只要按照化學方程式中的化學計量數(shù)之比投入反應物或生成物,則平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量相同,即這兩個平衡狀態(tài)完全相同,我們可以稱之為等同平衡。
若改變平衡體系的一個條件后,平衡不發(fā)生移動,兩個平衡狀態(tài)中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分數(shù)相同(物質(zhì)的量不一定相同),那么這兩個平衡狀態(tài)也可以稱之為等效平衡。
例1.一定溫度下,在一個容積恒定的容器中,充入2molA和1molB,發(fā)生如下反應:2A(g)+B(g)xC(g)。達到平衡后,C的物質(zhì)的量為Wmol。若維持容器的體積和溫度不變,按起始的物質(zhì)的量0.6molA、0.3molB和1.4molC充入容器后達到平衡,C的物質(zhì)的量仍為Wmol,則x()
A.只能為2B.只能為3C.可能為2,也可能為3D.不能確定
。ㄗ冃1)將例1中“C的物質(zhì)的量為Wmol”改為“C的體積分數(shù)為W%”
分析:兩次平衡中C的物質(zhì)的量相等,說明兩次平衡狀態(tài)完全相同,即第二次填充的物質(zhì)若完全轉化為填充A、B的形式,其物質(zhì)的量應與第一次填充相同。所以例1的正確選項應為A。
兩次平衡中C的體積分數(shù)相等,為等效平衡,除例1所舉的情況外,x=3時,反應前后氣體的物質(zhì)的量相等,改變壓強,平衡不移動,故也符合題意。所以變形1的正確選項應為C。
二、恒容容器和恒壓容器中改變壓強對平衡的影響
在恒溫恒容(容積不變)的密閉容器中,改變壓強,若反應前后氣體的物質(zhì)的量相等,則為等效平衡;若反應前后氣體的物質(zhì)的量不相等,則平衡將向能夠減弱壓強改變的方向移動。
在恒溫恒壓(容積可變)的密閉容器中,平衡的移動一般只考慮濃度的改變。若兩次填充的各物質(zhì)物質(zhì)的量之比相等,則兩次填充各物質(zhì)的濃度相等(因為體積可變),所以這兩個平衡為等效平衡;若兩次填充的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比不相等,則需要考慮濃度改變對平衡的影響。
例2.某溫度下,向固定容積的密閉容器中充入3LA氣體和2LB氣體,發(fā)生如下反應:3A(g)+2B(g)2C(g)+2D(g)。達到平衡時,C的體積分數(shù)為p%。若維持溫度不變,再向容器中充入3LA氣體和2LB氣體,重新達到平衡時,C的體積分數(shù)()
A.>p%B.<p%C.p%D.無法判斷
。ㄗ冃1)將例2中反應改為“3A(g)+2B(g)C(g)+4D(g)”
。ㄗ冃2)將例2中“固定容積”改為“容積可變”
(變形3)將變形1中“固定容積”改為“容積可變”
分析:容器體積固定,第二次填充后壓強增大,平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動,所以例1的正確選項為A。變形1中壓強增大平衡不移動。所以變形1的正確選項為C。
容器體積可變,兩次填充各物質(zhì)的濃度相同,為等效平衡。所以變形2、變形3的正確選項都為C。
三、例解高考平衡試題
例3.(2004年天津理綜第13題)一定條件下,向一帶活塞的密閉容器中充入2molSO2和1molO2,發(fā)生下列反應:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。達到平衡后改變下述條件,SO3氣體平衡濃度不改變的是()
A.保持溫度和容器體積不變,充入1molSO3(g)
B.保持溫度和容器內(nèi)壓強不變,充入1molSO3(g)
C.保持溫度和容器內(nèi)壓強不變,充入1molO2(g)
D.保持溫度和容器內(nèi)壓強不變,充入1molAr(g)
分析:A中為恒容容器,充入SO3,壓強增大,平衡正向移動,SO3平衡濃度增大;B中為恒壓容器,充入SO3后,兩平衡為等效平衡;C中充入O2,平衡正向移動,SO3平衡濃度增大;D中為恒壓容器,充入Ar后,容器體積增大,壓強減小,平衡逆向移動,SO3平衡濃度減小。所以本題的正確選項應為B。
例4.(2003年全國理綜第12題)某溫度下,在一容積可變的容器中,反應2A(g)+B(g)2C(g)達到平衡時,A、B和C的物質(zhì)的量分別為4mol、2mol和4mol。保持溫度和壓強不變,對平衡混合物中三者的物質(zhì)的量做如下調(diào)整,可使平衡右移的是()
A.均減半B.均加倍C.均增加1molD.均減少1mol
分析:容器為恒壓容器,A、B調(diào)整后各物質(zhì)濃度未變,為等效平衡;C中A、B、C的物質(zhì)的量分別調(diào)整為5mol、3mol、5mol,而與原平衡等效的填充應為5mol、2.5mol、5mol,即增加了0.5molB,平衡應右移;選項D中A、B、C的物質(zhì)的量分別調(diào)整為3mol、1mol、3mol,而與原平衡等效的填充應為3mol、1.5mol、3mol,即減少了0.5molB,平衡應左移。所以本題的正確選項應為B。
通過掌握平衡的基本特征和平衡移動的基本原理,深刻理解等同平衡和等效平衡,可以達到思路清晰、方法易學、化繁為簡的目的,便于學生更好的掌握化學平衡的有關知識,在各級測試中都取得了良好的效果
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