等效平衡原理解剖与典例分析

化学上的等效平衡指:在一定条件下,初始加入量不同,但是达到平衡时各组成百分含量相同的两个或多个平衡。

根据反应条件及反应方程式中气体计量数之和的关系,将等效平衡分为3中情:

1.恒温恒容时,气体计量数之和不等,如果平衡时是等效的,则必须“完全等效”。即初始加入量通过等量转化(将一边反应物归零)后完全一样,平衡才等效。

以上三种初始加入量,经等量转化后,都相当于初始加入量为2mol SO2(g)和1mol O2,三种情况下达到的平衡为“完全等效”平衡。

两平衡等效的特征:两平衡混合物中,同一物质的物质的量相同、物质的量浓度相同、百分含量相同

2.恒温恒容时,气体计量数之和相等,如果平衡是等效的,则“比例等效”,即初始加入量成等比例关系。

以上四种初始加入量,经等量转化后,相当于H2和I2初始加入量的物质的量比都为1:1,四种情况下达到的平衡为“比例等效”平衡。

两平衡等效的特征:两平衡混合物中,同一物质的百分含量相同,物质的量之比、物质的量浓度之比与反应物同比例

3.恒温恒压时,无论气体计量数之和是否相,都是“比例等效”。

两平衡等效的特征:两平衡混合物中,物质的量浓度相同、百分含量相同

对于以上三种情况,会有这样的疑问:

疑问1:恒温恒容时,气体计量数之和不等,如果不是完全相同的初始加入量,而是等比例加入,能否形成等效平衡?如不能,为什么?

分析:第一、二两种情况虽是等比例,但由于恒容,第二种情况形成的压强肯定比第一种要大,且该反应气体系数之和不等。第二种情况相当于在第一种情况下增大压强,平衡会向正反应方向移动,使两种情况的反应物转化率不同,最后形成的平衡混合体系中,各组成的百分含量肯定不同。所以恒温恒容,且气体系数之和不等的反应,必须是等效转化后,初始加入量必须完全相同,才能形成等效平衡。

疑问2:恒温恒容时,气体计量数之和相等,如果初始加入量不成比例,为什么不能形成等效平衡?

分析:我们可以把第二种初始加入量分解成1mol H2和(1 mol +0.5mol)I2。然后加入时先加1mol H2和1 mol I2,平衡后与第一种情况肯定为等效平衡。然后在第二种情况下,再加0.5molI2,这时相当于在平衡的基础上增大了I2的浓度,平衡会向右移动,则H2的平衡转化率肯定比第一种情况的大。最终的平衡混合体系中,各组分的百分含量肯定不相同。

等效平衡解题应用:

例1.一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,发生反应2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g),达到平衡后改变下述条件,SO3气体平衡浓度不改变的是

分析:要使SO3气体平衡浓度不改变,则改变条件后,所形成的平衡要与原平衡等效。该反应时前后气体系数不等的反应,A选项“同温同容”条件下,需要等效转化后,初始加入量要与原平衡完全相同,形成“完全等效”。而充入1 mol SO3,等效转化,只是相当于充入1 mol SO2和0.5 mol O2,且还要考虑充入后压强的影响,两次平衡不等效,A错;B选项“同温同压”,只需“比例等效”, 充入1 mol SO3,等效转化后,相当于充入1 mol SO2和0.5 mol O2,与原来初始加入2 mol SO2和1 mol O2都是2:1,成“比例等效”,所以B正确;C选项“同温同压”,只需“比例等效”,但只充入1 mol O2,与原来初始加入不成“比例等效”,C错。D选项,充入不反应气体,恒压下,相当于降低反应体系压强,平衡向气体系数之和大的一方移动,D错。

例 2.一个真空密闭容器中盛有1mol PCl5,加热到200℃时发生如下反应:PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g),反应达到平衡时,混合气体中PCl5所占体积分数为M%。若在同一温度和同一容器中,最初投入是2mol PCl5,反应达平衡时,混合气体中PCl5所占体积分数为N%。则M和N的关系

A.大于    B.小于    C.等于    D.不能肯定

分析:该反应是前后气体系数不等的,同温同容下,两次充入量不相等,不能成为等效平衡。我们可以改变下思路,把条件改成“同温同压”,则可形成“比例等效”。所以我们可以假设把投入2mol PCl5的容器扩大到原来的两倍,这时压强与充入1mol PCl5相同,则形成“比例等效”,则两者混合气体中PCl5所占体积分数应该相等M=N。然后再把2mol PCl5的容器缩小回原来的体积,则相当于在原平衡基础上增大压强,平衡后向气体系数之和最小的一方,即生成PCl5一方移动,使得PCl5所占体积分数为N%增大,所以应该有M<N,B正确

以上有不当之处,还望指正。

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