等效平衡和化学移动 - 『初中、高中下载』 - 学习资源下载区

‹‹ 上一主题 | 下一主题 ››

yangxiaohonga

婴儿

UID 839930
精华 0
积分 6
帖子 2

铜币 78
金币 27
经验值 6
阅读权限 5
注册 2008-6-1
来自重庆
状态离线

1楼

发表于 2008-10-13 16:30 使用道具

资料个人空间短消息加为好友

等效平衡和化学移动

[url=]等效平衡和化学移动 [/url] 日期:2007-08-17 15:53

解：一、等效平衡
等效平衡的含义：在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后，任何相同组分的分数（体积、物质的量）均相等，这样的化学平衡互称为等效平衡。
在等效平衡中，还有一类特殊的平衡，不仅任何相同组分x的分数（体积、物质的量）均相同，而且相同组分的物质的量均相同，这类等效平衡又互称为同一平衡。同一平衡是等效平衡的特例。
如：N2+3H2 2NH3在下列四个容器A、B、C、D中均处于平衡状态，各组分物质的量分别为如下所示。

B．a mol N2，b mol H2，c mol NH3

D．m mol N2，n mol H2，g mol NH3
若A、B两容器T、p相同，则A、B两平衡互为等效平衡。
若C、D两容器T、V相同，则C、D两平衡互为同一平衡。
二、建立等效平衡的条件
1．恒温恒压下或恒温恒容下，对于同一可逆反应，若两初始状态有相同的物料关系，则达到平衡后两平衡等效且实为同一平衡。
此处的相同是指广义的相同，即只要通过可逆反应的化学计量数关系换算成平衡式左右两边中某一边的物质的量，若两者相同则为有相同的物料关系。如：
N2＋3H2 2NH3

则①②③为具有相同的物料关系。
那么为什么具备了这些的条件就能达到同一平衡呢？如何形象地理解呢？我们来看例题。
例1 某温度下，在1L的密闭容器中加入1mol N2、3mol H2，使反应N2+3H2 2NH3达到平衡，测得平衡混合气中N2、H2、NH3分别为0.6 mol、1.8 mol、0.8 mol，如果温度不变，只改变初始加入的物质的量而要求达到平衡时N2、H2、NH3的物质的量仍分别为0.6 mol、1.8mol、0.8 mol，则N2、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示时应满足的条件：
（1）若X=0，Y=0，则Z=______________________。
（2）若X=0.75，则Y=__________________。
（3）若X=0.45，则Y=_____
（4）X、Y、Z应满足的一般条件是（用含X、Y、Z的关系式表示）______。
解析很显然，本题是求解T、V恒定时，达到同一平衡时，初始态的物料条件。
假若此反应为不可逆反应，那么1mol N2和3 molH2能完全生成2 mol NH3，即从图中A能达到C 但由于该反应可逆，故实际上只反应到B点，这就好比一条线路，从A地经过B地能达到C地，那么从A地正向出发能达到B地，自然从C地逆向出发也能达到B地。

故（1）中若X=0，Y=0，则 Z=2 mol。
从（1）的结果我们可以得以下的关系：
N2+3H2 2NH3

从始1到平衡需要一个时间过程，在这个过程中任意一个时刻各物质都有一个相应的量，那么以这个过程中任意一个时刻作初始状态，当然也能达到平衡状态的结果，这就好比上图中从A地能达到B地，那么以A、B两地间任意一点作出发点保持方向不变自然能达到B地。
当X＝0.75时，很明显是始1至平衡过程中的一点，根据化学方程式可知：
N2：1→0.75，H2∶3→2.25，NH3∶0→0.5
故当X=0.75，则Y=2.25、Z＝0.5
当X＝0.45时，很明显是始2至平衡过程中的一点，同理知：Y=1.35、Z＝1.1。
当我们抛开平衡状态时，也可将X＝0.45、Y=1.35、Z=1.1看作从始1一直正向反应过程中达到的一个点，所以当我们不知道平衡时具体的数值，我们仍能据此求出Y和Z的值。同理可得：

说明这类同一平衡所具备的物料关系，我们可以形象地记为过程与结果的关系，即将原初始状态至原平衡状态过程中任意一点作为初始状态，达到的平衡与原平衡互为同一平衡。
2．在恒温恒压下，对于同一可逆反应，若两初始状态具有相当的物料关系，则达到平衡后，两平衡互为等效平衡。
此处的相当是指按化学计量数换算成左右两边中同一边物质的量之比相同。
例如：　N2O（g）＋2O2（g） N2O5（g）

①中n（N2O）∶n（O2）=2∶3
②中n（N2O）∶n（O2）=3∶4.5＝2∶3
③n（N2O）∶（O2）=（2.5+1.5）∶（3+3）=2∶3
则①②③的量相当。
那么又如何形象地理解这一类等效平衡呢？这里仍以例题进行说明。
例2 在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：
N2＋3H2 2NH3
已知加入1 mol N2、4 mol H2时，达到平衡后生成a mol NH3（见表中已知项），在相同温度和压强下保持平衡后各组分体积分数不变，对下列编号②～④的状态，填写表中空白。

已知
编号始态的物质的量/mol 平衡时NH3的物质的量/mol
N2 H2 NH3
① 1 4 0 a
② 1 0.5a
③ 1.5 6 0
④ m g(g≥4m)

解析由题意知②与①的平衡状态互为等效平衡，②中平衡时NH3的物质的量为①的一半，设①达到平衡的过程如下图。

设想我们可以用隔板将①中平衡状态均分为A、B两部分，那么A（B）与整体当然处于等效平衡且A（B）中NH3的量为0.5a mol，所以我们可认为A（B）部分为②的平衡态，那么达到B平衡态的初始状态当然也为达到①平衡态的初始状态的一半，即可用下图表示：

即达到②的平衡的初始的物质的量为：
n（N2）=0.5mol、n（H2）=2mol、n（NH3）=0 mol
而经过等量互换，当n（NH3）＝1mol时，
n（N2）=0mol n（H2）=1.5mol
同理知①为③这个整体的2／3，故③达到平衡时n（NH3）=
同理，设始态NH3为x，平衡时NH3为y，则

得x=2（g－4m） y=（g－3m）a
说明这类等效平衡可形象地理解为整体与局部的关系。即在恒温恒压下，当两初始状态符合局部与整体的关系时，那么相对应的平衡态也就符合局部与整体的关系。反之亦然。
　一、平衡移动与反应速率
　　例1、某温度下，反应N2O4=2NO2-Q在密闭容器中达到平衡，下列说法不正确的是
　　A、体积减小时将使反应速率增大
　　B、体积不变时加入少许NO2，将使正反应速率减小
　　C、体积不变时加入少许N2O4，再度平衡时颜色变深
　　D、体积不变时升高温度，再度平衡时颜色变深
　　分析：A、B是结合化学反应速率变化判断而设置的选项，C、D是结合化学平衡移动判断而设置的选项，速率变化与平衡移动是测试中的两个不同的侧面在分析中要加以区分。A、体积减小使反应物浓度及生成物浓度都增大，所以无论正反应还是逆反应速率都增大。B、体积不变时增加NO2的瞬间反应物的浓度不变，生成物的浓度增大，正反应速率不变，逆反应速率增大。C、体积不变时加入少许N2O4再度平衡，无论平衡如何移动各物质浓度均增大，颜色一定加深。D、体积不变升高温度，平衡向吸热（正反应）方向移动，颜色一定加深。
　　答案：B
　　二、化学平衡移动的运用
　　例3、在A＋B（固）C反应中，若增加压强或降低温度，B的转化率均增大，则反应体系应是
　　A、A是固体，C是气体，正反应吸热 B、A是气体，C是液体，正反应放热
　　C、A是气体，C是气体，正反应放热 D、A是气体，C是气体，正反应吸热
　　分析：增加压强平衡向气体体积减小的方向移动，降低温度平衡向放热反应方向移动，结合B的转化率的变化可以判断出上述反应的特点，即：正反应方向为气体体积减小、放热反应，由于A与C的反应系数相等，A必为气体C必为固体，否则压强变化将对本反应无影响。
　　答案：C
　　例4、在一个固定体积的密闭容器中，放入3 L X（气）和2 L Y（气），在一定条件下发生下列反应
　　4X(气)＋3Y(气) 2Q(气)＋nR(气),达到平衡后，容器内温度不变，混合气体的压强比原来增加5％，X的浓度减少1/3，则该反应方程式中的n值是
　　A、3 B、4 C、5 D、6
　　分析：通过X的浓度变化，可以知道化学平衡移动的方向，结合压强的变化可以判断出建立平衡前后气体物质的量的变化趋势应当是增大的，因而选择出答案。
　　答案：D
　　例5、在密闭容器中，下列可逆反应达到平衡后，升高温度可以使混合气体平均分子量减小的是
　　A、H2（气）＋Br2（气）=2HBr（气）+Q
　　B、N2（气）+3H2（气）=2NH3（气）+Q
　　C、N2O4=2NO2
　　D、4NH3（气）+5O2（气）=4NO（气）+6H2O（气）+Q
　　分析：根据质量守恒定律，反应前后质量不变，由于上述反应参加者均是气体，平均分子量的减小是由于气体物质的量增大。升高温度化学平衡应向吸热反应方向移动。应选择吸热方向也是体积增加方向的答案。
　　答案：B、C
　　三、其它因素与平衡
　　例6、在密闭容器中进行H2（气）＋Br2（气）=2HBr（气）＋Q反应达到平衡后，欲使颜色加深，应采取的措施是
　　A、升温 B、降温 C、增压 D、减压
　　分析：要想使容器内气体的颜色加深，就需要加大Br2的浓度，加大Br2浓度的方法结合选项有两种，1、利用平衡移动原理升高温度反应向吸热的方向移动，Br2浓度增大，颜色加深；2、减小容器的体积即加大容器的压强，本反应由于反应前后系数相等，压强变化不会带来平衡的移动，但体积减小，Br2浓度增大，颜色加深。
　　答案：A、C
　　例7、在N2O4=2NO2平衡体系中，增大N2O4的浓度，则NO2和N2O4的物质的量比值，应：
　　A、增大 B、减小 C、不变 D、可能增大也可能减小
　　分析：在判断比值的变化时，不仅要注意化学平衡移动的方向，还要将反应容器的特点纳入分析的范围。若上述反应是在一个定容容器中进行的反应，加入N2O4后达到新的平衡状态，新的平衡状态与原平衡状态相比压强应当增大，压强增大将不利于N2O4的分解，进而选定B答案。问题是否到此为止呢？若上述反应是在一个恒压容器中进行的反应，加入N2O4后达到新的平衡状态，新的平衡状态与原平衡状态相比压强相同，恒压容器中只要加入的物质物质的量之比不变，新的平衡状态与原平衡状态相同，进而选定C答案。
　　答案：B或C