36.等效平衡講義高二化學人教版2019選擇性必修1

等效平衡化學反應在實驗室中發(fā)生和在工業(yè)上大量的發(fā)生時可能因為參與反應的反應物的物質的量不同或者物質的量濃度不同造成反應的速率或轉化率發(fā)生變化。我們對比分析這兩類反應會發(fā)現對于有氣體參與的反應，在恒溫、恒壓或者恒溫、恒容，反應達到平衡時各組分的百分含量可能相同也可能不同。對于同一可逆反應，在一定條件(恒溫、恒容或恒溫、恒壓)下，以不同的投料方式(即從正反應、逆反應或中間狀態(tài)開始)進行的反應，若達到平衡時相同物質的組分在各混合物中的百分含量(體積分數、物質的量分數或質量分數)相等，這樣的化學平衡互稱等效平衡。特別需要注意的是：等效平衡只是要求相同的組分百分含量相同，不一定是物質的量或者物質的量濃度相同，因為同一組分百分數相同時其濃度不一定相等。對于有氣體參與的反應，其前后氣體分子數比較可分為：兩種情況；反應條件一般是：恒溫、恒壓或恒溫、恒容兩種情況，我們比較分析時一般采用“虛擬路徑法”進行分析。

一、恒溫、恒壓條件下的可逆反應在溫度457.6℃時，反應的平衡常數，我們按照不同的投料方式在恒溫恒壓條件下發(fā)生反應：投料方式Ⅰ：在體積為1L的恒壓密閉容器中加入1molH2、1molI2，達到平衡時有根據體積為1L，平衡常數，求得即平衡時：投料方式Ⅱ：在體積為1L的恒壓密閉容器中加入2molHI，達到平衡時有根據體積為1L，平衡常數，求得即平衡時：通過上述實驗，我們可以看出，對于同一可逆反應，在相同條件下按照不同的投料方式進行投料，若將其轉化成同側物質后，相同物質的物質的量相同，則兩個反應達到平衡時的平衡狀態(tài)就完全相同，這樣的兩個平衡就互為等效平衡，分別從正反應和逆反應開始到達平衡狀態(tài)時其物質的轉化率之和有如下關系：。若對于同一反應，將所有物質轉化成同側物質后，其相同物質的物質的量不相等而是相同倍數的變化時，這兩個平衡是否互為等效平衡呢？我們對進行以下分析：在恒溫、恒壓條件下：通過前面分析，我們知道投料方式1和2達到平衡狀態(tài)時互為等效平衡，對于投料方式1和3，通過下面圖像進行分析討論。通過上圖我們可以看出，平衡狀態(tài)Ⅰ和平衡狀態(tài)Ⅱ和平衡狀態(tài)Ⅲ是完全相同的，將隔板拿走后平衡狀態(tài)Ⅳ的壓強、溫度、濃度未發(fā)生變化，平衡未移動，所以平衡狀態(tài)Ⅳ與平衡狀態(tài)Ⅰ也是等效的，即按照投料方式1和3投料，達到平衡時是互為等效平衡的。結論一：在恒溫、恒壓條件下，對于有氣體參與的可逆反應，若起始投料轉化成同側物質后成比例變化，則兩個平衡互為等效平衡。恒溫、恒壓下，等效平衡的特征是：兩個平衡狀態(tài)，物質的百分含量(w%)相同、物質的量分數(x)相同、混合氣體的平均摩爾質量()相同、混合氣體的密度(ρ)相同、物質的量濃度(c)相同、壓強(P)相同；各氣體的物質的量(n)、物質的質量(m)、體積(V)可能不同但成比例；從同側開始反應時的各物質的轉化率(α)相同，從兩側開始反應時的各物質的轉化率之和等于1。

二、恒溫、恒容條件下的可逆反應在恒溫、恒容條件下，我們對進行以下分析：通過前面分析，我們知道投料方式1和2達到平衡狀態(tài)時互為等效平衡，對于投料方式1和3，通過下面圖像進行分析討論。對于恒溫、恒壓條件下的可逆反應，我們采取的是虛擬路徑法進行分析，通過上圖可以看出平衡狀態(tài)Ⅰ和平衡狀態(tài)Ⅳ是互為等效平衡，平衡狀態(tài)Ⅰ和平衡狀態(tài)Ⅴ是否為等效平衡的關鍵是：對平衡狀態(tài)Ⅳ進行加壓的過程中平衡是否發(fā)生了移動。若是前后氣體分子總數不變的反應（），平衡不移動，投料方式1和投料方式3達到平衡后互為等效平衡；若是前后氣體分子總數變化的反應（），平衡會移投料方式1和投料方式3達到平衡后不互為等效平衡。結論二：在恒溫、恒容條件下，對于有氣體參與的可逆反應，若起始投料轉化成同側物質后成比例變化，對濃的進行加壓處理，若平衡不移動則兩個平衡互為等效平衡、若平衡發(fā)生移動則兩個平衡不互為等效平衡。恒溫、恒容下，等效平衡的特征是：兩個平衡狀態(tài)，物質的百分含量(w%)相同、物質的量分數(x)相同、混合氣體的平均摩爾質量()相同；物質的量濃度(c)、壓強(P)、混合氣體的密度(ρ)、各氣體的物質的量(n)、物質的質量(m)可能不同但成比例；從同側開始反應時的各物質的轉化率(α)相同，從兩側開始反應時的各物質的轉化率之和等于1。

三、轉化率1.改變溫度、壓強，轉化率的變化若通過改變溫度或壓強使平衡正向移動，反應物的轉化率增大；若通過改變溫度或壓強使平衡逆向移動，反應物的轉化率降低。2.改變濃度，轉化率的變化①減少物質減少生成物的濃度，使平衡正向移動，反應物的轉化率增大；減少反應物的量，使平衡逆向移動，反應物的轉化率降低。②增加物質ⅰ.對于反應物有多種物質的反應例如，反應達到平衡后，再加入一定量的A物質，平衡正向移動，增大、降低。結論：對于多種反應物的反應，增大一種物質時，平衡正向移動，自身的轉化率降低，其他物質的轉化率增大。對于，反應達到平衡后，若按原反應物比例同倍數增大A和B的量，平衡均正向移動，達到新平衡時，兩個平衡狀態(tài)的反應物轉化率大小比較要通過是否互為等效平衡去分析判斷：恒溫、恒壓時，互為等效平衡，反應物的轉化率不變；恒溫、恒容時，若，新平衡反應物的轉化率增大；恒溫、恒容時，若，互為等效平衡，反應物的轉化率不變；恒溫、恒容時，若，新平衡反應物的轉化率降低；ⅱ.對于反應物只有一種氣體的反應對于，反應達到平衡后，通入A物質，相當于成倍的增大所有反應物的量，平衡均正向移動，達到新平衡時，兩個平衡狀態(tài)的反應物轉化率大小比較要通過是否互為等效平衡去分析判斷：恒溫、恒壓時，互為等效平衡，反應物的轉化率不變；恒溫、恒容時，若，新平衡反應物的轉化率增大；恒溫、恒容時，若，互為等效平衡，反應物的轉化率不變；恒溫、恒容時，若，新平衡反應物的轉化率降低；3.特殊情況，轉化率的變化①恒溫、恒壓與恒溫、恒容比較對于同一反應，反應物的物質的量相同，分別在恒溫、恒壓和恒溫、恒容條件下進行反應，我們可以根據等效平衡的思想判斷其反應進行程度的大小。以為例進行分析：通過上圖我們可以看出，平衡狀態(tài)Ⅰ和平衡狀態(tài)Ⅱ互為等效平衡，平衡狀態(tài)Ⅰ和平衡狀態(tài)Ⅲ是否互為等效平衡的關鍵是：拔去釘子后容器的體積是否會發(fā)生變化。若反應前后氣體分子總數發(fā)生變化，正反應為氣體分子總數增多的反應（），會使容器內的壓強增大，拔出釘子后，容器的體積會變大，平衡正向移動，反應物的轉化率變大；若反應前后氣體分子總數發(fā)生變化，正反應為氣體分子總數減少的反應（），會使容器內的壓強減小，拔出釘子后，容器的體積會變小，平衡還是正向移動，反應物的轉化率變大；若反應前后氣體分子總數不發(fā)生變化（），容器內外壓強相同，拔出釘子后，容器的體積不變，平衡不移動。結論：對于同一反應（），恒溫、恒壓與恒溫、恒容相比，恒溫、恒壓時反應進行的程度更大，反應物的轉化率更大（）。對于同一反應（），恒溫、恒壓與恒溫、恒容時互為等效平衡，轉化率相同。②恒溫、恒容與絕熱、恒容體系轉化率的比較對于同一反應，反應物的物質的量相同，分別在恒溫、恒容和絕熱、恒容條件下進行反應，我們可以根據等效平衡的思想判斷其反應進行程度的大小。以為例進行分析：通過上圖我們可以看出，若絕熱容器能傳導熱量則平衡狀態(tài)Ⅰ和平衡狀態(tài)Ⅱ互為等效平衡，但是此容器為絕熱體系，若正反應放熱，熱量無法散失，隨著反應的進行相當于對體系進行加熱，平衡要向著吸熱的方向移動，即平衡逆向移動；若正反應吸熱，外部熱量無法進入體系，隨著反應的進行