等效平衡的理解中的假设法是怎么样的

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& 2017届高考化学重难点手册之化学反应速率与化学平衡练习:专题6《化学平衡常数及计算、等效平衡》(新人教版含解析)
2017届高考化学重难点手册之化学反应速率与化学平衡练习:专题6《化学平衡常数及计算、等效平衡》(新人教版含解析)
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资料概述与简介
化学平衡常数及计算在选择题和填空题中均有出现,在解题过程中需要搞清:①平衡常数只与温度有关;②平衡常数的表达式;③恒温下,平衡常数为定值,与相关的计算;④等效平衡的计算。
一、化学平衡常数
1概念:在一定温度下,一个可逆反应达到化学平衡时,生成物浓度幂之积与生成物浓度幂之积的比值是一个常数,用符号K表示。
2表达式:对于一般的可逆反应:mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g),在一定温度下达到平衡时:
(2)化学平衡常数是指某一具体反应方程式的平衡常数。
①若反应方向改变,则平衡常数改变。
②若方程式中各物质的计量数等倍扩大或缩小,尽管是同一反应,平衡常数也会改变。
二、等效平衡及其应用
在相同条件下(定温、定容或定温、定压),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,只要按化学计量数之比投入反应物或生成物,在达到化学平衡状态时,所建立起来的化学平衡状态都是相同的,这样的化学平衡互称为等效平衡。
1、等效平衡的标志
我们所说的“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同;“完全相同的平衡状态”在达到平衡状态时,任何组分的物质的量分数(或体积分数)对应相等,并且反应的速率等也相同;而“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数(或体积分数)对应相同,反应的速率、压强等可以不同。
2、等效平衡的分类
在等效平衡中比较常见并且重要的类型主要有以下几种:
(1)定温、定容条件下的等效平衡:
①化学反应前后气体分子数改变的等效平衡。
②化学反应前后气体分子数不变的等效平衡。
(2)定温、定压条件下的等效平衡。
三、化学平衡相关的计算
1、分析三个量:即起始量、变化量、平衡量。
2、明确三个关系:
(1)对于同一反应物,起始量-变化量=平衡量。
(2)对于同一生成物,起始量+变化量=平衡量。
(3)各转化量之比等于各反应物的化学计量数之比。
3、计算方法:三段式法
化学平衡计算模式:对以下反应:mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量(mol)分别为a、b,达到平衡后,A的消耗量为mx,容器容积为V L。
     mA(g) + nB(g)pC(g)+qD(g)
【典例1】【2015天津理综化学】某温度下,在2L的密闭容器中,加入1molX(g)和2molY(g)发生反应:X(g)+m Y(g)3Z(g),平衡时,X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1molZ(g),再次达到平衡后,X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正确的是(
B.两次平衡的平衡常数相同
C.X与Y的平衡转化率之比为1:1
D.第二次平衡时,Z的浓度为0.4 mol·L-1
【考点定位】本题主要考查了化学平衡移动原理及计算。涉及化学计量数的计算、转化率的计算、物质浓度的计算,平衡移动的判断等
【名师点睛】化学平衡包括的知识点很多,有平衡标志的判断、平衡移动的判断、等效平衡的判断、平衡的计算、物质浓度、转化率、质量分数、体积分数的计算、平衡常数的表达式及计算、平衡常数的应用、反应速率的变化对平衡的影响、反应方向的判断等。平衡的计算不是平衡问题的难点,一般根据“三段式”计算即可,而平衡标志的判断、等效平衡的判断是难点,抓住平衡标志的特点与非平衡时状态的不同时解决平衡标志问题的关键。对于等效平衡的判断,应注意条件及反应的本身特点。
【典例2】【2015新课标Ⅰ卷理综化学】(15分)碘及其化合物在合成杀菌剂、药物等方面具有广泛用途。回答下列问题:
(1)大量的碘富集在海藻中,用水浸取后浓缩,再向浓缩液中加MnO2和H2SO4,即可得到I2,该反应的还原产物为____________。
(2)上述浓缩液中含有I-、Cl-等离子,取一定量的浓缩液,向其中滴加AgNO3溶液,当AgCl开始沉淀时,溶液中为:_____________,已知Ksp(AgCl)=1.8×10-10,Ksp(AgI)=8.5×10-17。
(3)已知反应2HI(g) ===H2(g) + I2(g)的ΔH= +11kJ·mol-1,1mol H2(g)、1mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量,则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为______________kJ。
(4)Bodensteins研究了下列反应:
2HI(g)H2(g) + I2(g)
在716K时,气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如下表:
t/min 0 20 40 60 80 120
x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784
x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784
① 根据上述实验结果,该反应的平衡常数K的计算式为:___________。
② 上述反应中,正反应速率为v正= k正·x2(HI),逆反应速率为v逆=k逆·x(H2)·x(I2),其中k正、k逆为速率常数,则k逆为________(以K和k正表示)。若k正 = 0.0027min-1,在t=40min时,v正=__________min-1
③ 由上述实验数据计算得到v正~x(HI)和v逆~x(H2)的关系可用下图表示。当升高到某一温度时,反应重新达到平衡,相应的点分别为_________________(填字母)
【答案】(1)MnSO4;
(2) 4.7×10-7;
(4)①;②k逆= k正/K ;1.95×10-3;③ A、E
(3) 键能一般取正值来运算,ΔH=E(反应物键能总和)-E(生成物键能总和);设1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为xkJ,代入计算:+11=2x-(436+151)
②问的要点是:平衡状态下,v正= v逆,故有:k正·x2(HI) = k逆·x(H2)·x(I2)
变形:k正/ k逆={ x(H2)·x(I2)}/ x2(HI)=K
故有: k逆= k正/K
③ 问看似很难,其实注意到升温的两个效应(加快化学反应速率、使平衡移动)即可突破:先看图像右半区的正反应,速率加快,坐标点会上移;平衡(题中已知正反应吸热)向右移动,坐标点会左移。综前所述,找出A点。同理可找出E点。
【考点定位】化学平衡常数计算;化学平衡知识的综合运用;本题属于各类平衡知识的综合运用,试题难度为很难等级。
一、化学平衡常数的理解和应用
1化学平衡常数表达式
(1)能代入平衡常数表达式的气体、溶液中的溶质,固体与纯液体浓度可看为常数,不能代入。
(2)关于H2O的浓度问题
①在水溶液中进行的反应,虽然H2O参与反应,但是H2O只要作为溶剂,就不能代入平衡常数表达式.如NH4Cl+H2O=NH3oH2O+HCl的平衡常数表达式为
②如果H2O的状态不是液态而是气态,则需要带入平衡常数表达式。如3Fe(s)+4H2O(g) Fe3O4(s)+4H2(g)的平衡常数表达式为。
(3)平衡常数表达式与化学方程式的书写形式有关
对于同一个可逆反应,正反应和逆反应的平衡常数表达式不同,两者互为倒数。若可逆反应的化学计量数改变,则表达式相应改变,平衡常数数值也要改变。如N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数表达式为,而反应1/2N2(g)+3/2H2(g) NH3(g)的平衡常数表达式为,两者的平衡常数不同,且K1=K22。
2化学平衡常数与温度的关系
一般情况下:
3平衡常数的应用
(1)根据平衡常数判断可逆反应进行的程度
平衡常数越大,正反应进行的程度越大,反应物的转化率越高,平衡后生成物的浓度越大,反应物的浓度越大。
(2)利用K与Qc的关系判断反应所处状态
对于可逆反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g), (式中浓度是任意时刻的浓度)。根据Qc与K的关系可以判断可逆反应所处的状态。
反应达到平衡状态
反应向正反应方向移动
反应向你反应方向移动
二、等效平衡的解题思路
我们常采用“等价转换”的方法,分析和解决等效平衡问题。
(1)在定温、定容条件下,对于化学反应前后气体分子数改变的可逆反应,只改变起始加入物质的物质的量,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等效。
(2)在定温、定容条件下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物(或生成物)的物质的量之比与原平衡相同,则两平衡等效。
(3)在定温、定压条件下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同,达到平衡状态后与原平衡等效。
1.温度为t ℃时,在体积为10 L的真空容器中通入1.00 mol氢气和1.00 mol碘蒸气,20 min后,反应达到平衡,此时测得碘蒸气的浓度为0.020 mol·L-1。涉及的反应可以用下面的两个化学方程式表示:
①H2(g)+I2(g) 2HI(g)
②2H2(g)+2I2(g) 4HI(g)
下列说法正确的是
A.反应速率用HI表示时,v(HI)=0.008 mol·L-1·min-1
B.两个化学方程式的意义相同,但其平衡常数表达式不同,不过计算所得数值相同
C.氢气在两个反应方程式中的转化率不同
D.第二个反应中,增大压强平衡向生成HI的方向移动
2.【黑龙江省双鸭山一中2015届高三上学期期末考试】加热N2O5依次发生的分解反应为:①N2O5N2O3+O2,②N2O3N2O+O2;在2L密闭容器中充入8mol N2O5,加热到t℃,达到平衡状态后O2为9mol,N2O3为3.4mol,则t℃时反应①的平衡常数为
考点:考查平衡常数的计算
3一定温度时,向容积为2L的密闭容器中充入一定量的SO2和O2,发生反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)
H=196kJ·moL-1,一段时间后达平衡,反应过程中测定的部分数据见下表:
反应时间/min n(SO2)/mol n(O2)/mol
下列说法不正确的是
A.反应在前5min的平均速率为v (SO2)=0.08mol·L1 min-1
B.保持温度不变,向平衡后的容器中再充入1molSO2和0.5molO2时,v (正)> v (逆)
C.保持其他条件不变,若起始时向容器中充入2molSO3,达平衡时吸收78.4kJ的热量
D.相同温度下,起始时向容器中充入1.5mol SO3,达平衡时SO3的转化率为40%
考点:考查化学平衡有关问题。
4【四川省雅安中学2015届高三1月期末模拟考试】某温度下,在一容积可变的恒压密闭容器里,反应3A(g)B(g)+3C(g) 达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为6 mol、2 mol、6 mol。在保持温度和压强不变的情况下,下列说法正确的是(
A.将A、B、C各减少1 mol,C的百分含量减少
B.充入A、B、C各2 mol,平衡将向正反应方向移动
C.充入1mol A,C的体积分数增加
D.充入1 mol氦(He与容器中气体不反应),平衡将向正反应方向移动
试题分析:该反应是一个体积增大的反应,在恒温恒压条件下,反应混合物成比例,得等效平衡;A.将A、B、C各减少1 mol,与原平衡是等效平衡,C的百分含量不变,A错误;B、充入A、B、C各2 mol,平衡将向逆反应方向移动,B错误;C、充入1mol A,C的体积分数不变,C错误;D、充入1 mol氦(He与容器中气体不反应),恒温恒压条件下体积增大,平衡将向正反应方向移,D正确;答案选D。
考点:化学平衡
5.【内蒙古巴市一中2015届高三上学期期中考试】在密闭容器中进行如下反应:X2(气) + Y2(气)
2Z(气), 已知 X2、Y2、Z的起始浓度分别为 0.1 mol/L, 0.3 mol/L, 0.2 mol/L, 在一定的条件下, 当反应达到平衡时, 各物质的浓度不可能的是
A.Z 为 0.3 mol/L
B.Y2 为 0.35 moloL1
C.X2 为 0.12 mol/L
D.Z 为 0.4 mol/L
考点:考查对可逆反应的判断,极端假设法的应用
6.【山东省青岛平度市三校学年高二上学期第二学段学分认定(期末)】(9分)在一个1 L的密闭容器中,加入2 mol A和1 mol B,发生下列反应:
2A(g) + B(g)
3C(g) + D(s), 达到平衡时,C的浓度为1.2 mol·L-1。
(1)维持容器的温度不变,若将容器的体积缩小至一半,则平衡
移动(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”),C的浓度为
mol/L,平衡常数K=
(2)能说明该反应达到化学平衡状态的是
a.容器中气体总压强不再改变
b.容器中气体的密度不再改变
c.2V正(A)=3V逆(C)
d.气体平均相对分子质量不再改变
(3)维持容器的压强和温度不变,按下列四种配比作为起始物质,达到平衡后,C的浓度仍是1.2 mol·L-1的是
a.4 mol A + 2 mol B
b.3 mol C + 1 mol D
c.2 mol A +1 mol B + 1 molD
(4)若维持容器的体积和温度不变,反应从逆反应开始,按不同配比作为起始物质,达到平衡时,C的浓度仍是1.2 mol·L-1,则C的起始物质的量应满足的条件是
【答案】(1)不(1分)
2.4(1分)
2(1分) (2)bd(2分)
(3)abc(2分)
(4) 1.2 mol < nC ≤ 3mol(2分)
考点:考查化学平衡状态的判断、化学平衡常数的计算及等效平衡。
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极端假设法在等效平衡中的应用
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&&所谓等效平衡是指:相同条件下,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,只要按化学反应方程式中的化学计量数之比投入反应物或生成物,建立起的平衡状态都是相同的。等效平衡是中学化学中的一个重点也是一个难点,如何正确解决等效平衡是同学们普遍关心的问题。本文就应用极端假设法解决等效平衡问题作探讨。
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请填写真实有效的信息,以便工作人员联系您,我们为您严格保密。浅谈“等效平衡规律”的理解及应用 
   在教学过程中发现,学生在利用“等效平衡规律”解决实际问题时存在问题.学生对许多实际情况不能准确判断是否是“等效平衡”,即使确认是“等效平衡”问题后,也存在该应用“等效平衡规律”中哪一条规律才能正确解决的问题.在实际教学过程中,对“等效平衡”概念剖析和对“等效平衡规律”中应用时应注意的特定条件的分析,对解决此类问题有所突破.
   对于“等效平衡”的概念,在化学上是如此认定的:在一定条件下(定温、定容或定温、定压),对同一可逆反应,只是起始时加入物质的情况不同,而达到平衡时,任何相同组分的含量均相同,这样的化学平衡就互称为“等效平衡”.从认定中可看出,化学平衡状态的建立只与条件有关,而与建立平衡的途径无关,因而对同一可逆反应,从不同的状态开始,只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同,则它们达到的平衡状态就可互称为“等效平衡”.如:在常温常压下,对可逆反应2SO2(g) + O2(g) ?葑2SO3(g)而言,对于SO2、O2和SO3物质的量分别按①2mol、1mol、0mol;②0mol、0mol、2mol;③0.5 mol、0.25mol、1.5 mol等三种初始状态开始;虽①是从正反应方向开始,②是从逆反应方向开始,③是从正逆反应方向同时开始,但由于①、②、③三种情况如果按方程式的计量关系折算成同一方向的反应物,对应各组分的物质的量均相等(如将②、③折算为①),因此三者在平衡后互为等效平衡.
   接着是要正确理解和掌握“等效平衡规律”.“等效平衡规律”有以下三种情况:①恒温、恒容条件下的等效平衡.对于反应前后气体分子数不等的可逆反应(即一般可逆反应),在定温、定容的条件下,只改变起始加入物质的“物质的量”,如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一半边的物质的“物质的量”与原平衡相同,则两个平衡等效;②特殊情况,等体积反应(恒温).在定温、定容的情况下,对于反应前后气体分子数不改变的可逆反应(即特殊可逆反应),只要反应物(或生成物)的物质的量比值与原平衡相同,则两个平衡等效;③恒温、恒压条件下的等效平衡.在定温、定压情况下,改变起始时加入物质的“物质的量”,只要按化学计量数换算成同一半边的物质的“物质的量”之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效.如对可逆反应aA(g) + bB(g)?葑cC(g) + dD(g) (a + b ≠ c + d)右进行如下归纳.对此可逆反应如第一次初始加入a mol A和b molB,第二次初始加入xmol A、ymolB、z mol C和w mol D.在定温、定容的条件下,若两次反应互为等效平衡,则一定要满足以下两个关系式:x + z × a ÷ c = a和y + w × b ÷ d = b.而对在定温、定容或在定温、定压(a + b=c + d)的可逆反应则只要求由极端假设法确定出两初始状态的物质的量的比值与原平衡相同,即(x + z × a ÷ c ):(y + w × b ÷ d )= a:b,则达到平衡后两个平衡等效.如上所述,在应用“等效平衡规律”解决实际问题过程时,一定要分析问题中的条件和发生可逆反应的各生成物和各反应物的化学计量数之和的情况.
   如:一定温度下,在恒容密闭容器中发生如下反应:2A(g)+B(g)3C(g),若反应开始时充入2molA和2molB,达平衡后A的体积分数为a%.其它条件不变时,若按下列四种配比作为起始物质,平衡后A的体积分数大于a%的是()
   A.2molC
   B.2molA、1molB和1molHe(不参加反应)
   C.1molB和1molC
   D.2molA、3molB和3molC
   解析:本题主要考查有关化学平衡的相关问题.
   本题只有通过“等效平衡规律”才能很好地解决,而此题的条件为“等温等容和气体总体积不变”,符合“等效平衡规律”中第二条规律情况.故在等温等容的条件下,对于气体总体积不变的反应2A(g)+B(g)?葑3C(g),充入任意物质的量的C,都与充入2 mol A和1 mol B等效,且平衡时A的体积分数大于a%,故A符合题意;而充入He时对所给化学平衡没有影响,则B选项中A的体积分数亦大于a%,而C、D皆相当于在2 mol A和1 molB达到平衡的基础上,增大B的浓度使化学平衡向右移动,A的体积分数减小,故本题答案为(A)、(B).
   在面对实际问题时,还应对具体的反应进行正确的分析,看化学平衡状态之间是否是等效平衡,能否利用“等效平衡规律”来解决问题.
   又如在恒温时,一固定容积的容器内发生如下反应:2NO2 (g) ?葑N2O4 (g)达平衡时,再向容器内通入一定量的NO2 (g),重新达到平衡后,与第一次平衡时相比NO2的体积分数()
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