等效平衡中化学反应的系数注意情况判断等效平衡中化学反应的系数注意问题

等效平衡中化学反应的系数注意情况判断等效平衡中化学反应的系数注意问题
等效平衡中化学反应的系数注意情况
判断等效平衡中化学反应的系数注意问题

等效平衡中化学反应的系数注意情况判断等效平衡中化学反应的系数注意问题
1、平衡等效,转化率不一定相同
①若是从不同方向建立的等效平衡,物质的转化率一定不同.如在某温度下的密闭定容容器中发生反应2M(g)+ N(g) 2E(g),若起始时充入2molE,达到平衡时气体的压强比起始时增大了20%,则E的转化率是40%；若开始时充入2molM和1molN,达到平衡后,M的转化率是60%.
②若是从一个方向建立的等效平衡,物质的转化率相同.如恒温恒压容器中发生反应2E(g) 2M(g)+ N(g),若起始时充入2molE,达到平衡时M的物质的量为0.8mol,则E的转化率是40%；若开始时充入4molE,达到平衡后M的物质的量为1.6mol,则E的转化率仍为40%.
2、平衡等效,各组分的物质的量不一定相同
①原料一边倒后,对应量与起始量相等的等效平衡,平衡时各组分的物质的量相等.
②原料一边倒后,对应量与起始量比相等(不等于1)的等效平衡,平衡时各组分的物质的量不相等,但各组分的物质的量分数相等.
等效平衡问题由于其涵盖的知识丰富,考察方式灵活,对思维能力的要求高,一直是同学们在学习和复习“化学平衡”这一部分内容时最大的难点.近年来,沉寂了多年的等效平衡问题在高考中再度升温,成为考察学生综合思维能力的重点内容,这一特点在2003年和2005年各地的高考题中体现得尤为明显.很多同学们在接触到这一问题时,往往有一种恐惧感,信心不足,未战先退.实际上,只要将等效平衡概念理解清楚,加以深入的研究,完全可以找到屡试不爽的解题方法.
等效平衡问题的解答,关键在于判断题设条件是否是等效平衡状态,以及是哪种等效平衡状态.要对以上问题进行准确的判断,就需要牢牢把握概念的实质,认真辨析.明确了各种条件下达到等效平衡的条件,利用极限法进行转换,等效平衡问题就能迎刃而解了.
一． 概念辨析
概念是解题的基石.只有深入理解概念的内涵和外延,才能在解题中触类旁通,游刃有余.人教版教材对等效平衡概念是这样表述的：“实验证明,如果不是从CO和H2O(g)开始反应,而是各取0.01molCO2和0.01molH2,以相同的条件进行反应,生成CO和H2O(g),当达到化学平衡状态时,反应混合物里CO、H2O(g)、CO2、H2各为0.005mol,其组成与前者完全相同（人教版教材第二册(必修加选修)第38页第四段）.”这段文字说明了,化学平衡状态的达到与化学反应途径无关.即在相同的条件下,可逆反应无论从正反应开始还是从逆反应开始,还是从既有反应物又有生成物开始,达到的化学平衡状态是相同的,平衡混合物中各组成物质的百分含量保持不变,也就是等效平衡.
等效平衡的内涵是,在一定条件下（等温等容或等温等压）,只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的质量分数（或体积分数）都相同,这样的平衡互为等效平衡.
等效平衡的外延是它的分类,即不同类型的等效平衡以及其前提条件,这在具体的解题过程中有更广泛的应用.等效平衡可分为三种类型：
（1）等温等容下,建立等效平衡的条件是：反应物的投料相当.例如,在恒温恒容的两个相同容器中,分别投入1mol N2、3mol H2 与2mol NH3,平衡时两容器中NH3的质量分数相等.
（2）等温等压下,建立等效平衡的条件是：反应物的投料比相等.例如,在恒温恒压条件下的两个容器中,分别投入2.5mol N2、5mol H2 与5mol N2、10mol H2,平衡时两容器中NH3的质量分数相等.
（3）对于反应前后气体体积数不变的可逆反应,无论是等温等容还是等温等压,只要按相同比例投料,达平衡后与原平衡等效.
二． 方法指导
解等效平衡的题,有一种基本的解题方法——极限转换法.由于等效平衡的建立与途径无关,不论反应时如何投料,都可以考虑成只加入反应物的“等效”情况.所以在解题时,可以将所加的物质“一边倒”为起始物质时,只要满足其浓度与开始时起始物质时的浓度相同或成比例,即为等效平衡.但是,要区分“浓度相同”或“浓度成比例”的情况,必须事先判断等效平衡的类型.有了等效平衡类型和条件的判断,就可以采用这种“一边倒”的极限转换法列关系式了.下面我们看一看这种极限转换法在解题中的运用.
【例1】在1L密闭容器中通入2molNH3,在一定温度下发生下列反应：2NH3 N2 + 3H2,达到平衡时容器内N2的百分含量为a%,若维持容器的体积和温度不变,分别通入下列几组物质,达平衡时,容器内N2的百分含量也为a%的是( ).
A. 3mol H2和1mol N2
B. 2mol NH3和1mol N2
C. 2mol N2和3mol H2
D. 0.1mol NH3,0.95mol N2和2.85mol H2
【解析】这是一个“等效平衡”题.首先判断等效平衡的类型为等温等容下的等效平衡,平衡等效的条件是“反应物的投料相当”.投料相当如何体现在具体的物质当中呢?我们可以采用“一边倒”的极限法.凡能与起始时反应物2molNH3相同的,都可以得到N2的百分含量也为a%,即为等效平衡.根据方程式2NH3 N2 + 3H2分析:
A. 将3molH2和1molN2完全转化为NH3,生成NH32mol与起始时反应物2mol
NH3相同；
B. 2molNH3和1molN2,比起始时2molNH3多了1molN2；
C. 将3molH2和2molN2转化为NH3时生成NH32mol,同时余1mol N2,比起始时2molNH3多了1molN2;
D. 将0.95molN2和2.85molH2完全转化为NH3时生成NH3 1.9mol,再加上加入的0.1mol NH3,共为2mol NH3,与起始时2mol NH3相同.
故本题正确答案为A、D.
通过以上的例题分析,可以归纳出“等效平衡”题的解答步骤是：（1）判断题目是否属于“等效平衡”问题；（2）判断等效平衡类型及条件；（3）将已知反应物、生成物中的所有起始物质的物质的量,按化学方程式计量系数全部换算成反应物或生成物；（4）根据题设条件建立等效平衡关系式；（5）解关系式得出答案.
三． 好题精解
知道了“等效平衡”题的常规解题步骤和解题方法,大家处理起类似的问题来就会更有信心了.但是,想要把等效平衡问题融会贯通,还需要在一些综合性较强的题中体会“等效平衡”解题中“极限”的思想.下面提供一道综合性的“等效平衡”题,希望对大家深化对“等效平衡”的认识有所帮助. 【例2】150oC时,向如图所示的容器(密封的隔板可自由滑动,整个过程中保持隔板上部压强不变)中充入4LN2和H2的混合气体,在催化剂作用下充分反应(催化剂体积忽略不计),反应后恢复到原温度,平衡后容器体积变为3.4L,容器内气体对相同条件氢气的相对密度为5.
(1)反应前混合气体中V(N2)：V(H2)= ；反应达平衡后V(NH3)= ;该反应中N2的转化率为 .
(2)向平衡后的容器中充入0.2mol的NH3,一段时间后反应再次达到平衡（恢复到150oC）
充入NH3时,混合气体的密度将 ；在达到平衡的过程中,混合气体的密度将 (填“增大”、“减小”或“不变”)；反应重新达平衡时混合气体对氢气的相对密度将 5(填“>0”、“