恒温恒容的等效平衡.doc

《恒温恒容、恒温恒压条件下的化学平衡》教学案
广州市第四十七中学 毛艳滨
[考纲要求]
1．了解化学反应的可逆性。
2．了解化学平衡建立的过程。理解化学平衡常数的含义，能够利用化学平衡常数进行简单的计算。
2．理解外界条件（浓度，温度，压强，催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，认识其一般规律。
一．课前思考：
1-1、在恒温时，一固定容积的密闭容器内发生如下反应： 2NO2（气）N2O4（气）达到平衡时，再向容器内通入一定量NO2（g），重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2的浓度：
A 不变 　　 B 增大 　　 C 减小 D 无法判断
1-2、在恒温时，一固定容积的密闭容器内发生如下反应： 2NO2（气）N2O4（气）达到平衡时，再向容器内通入一定量NO2（g），重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2的体积分数：
A 不变 　　 B 增大 　　 C 减小 D 无法判断
1-3、在恒温时，一容积可变的密闭容器内发生如下反应： 2NO2（气）N2O4（气）达到平衡时，再向容器内通入一定量NO2（g），重新达到平衡后，与第一次平衡时相比，NO2的质量百分含量：
A 不变 　　 B 增大 　　 C 减小 D 无法判断
1-4、一定条件下：2SO2（g）+ O2（g）　 2SO3（g），△H= —akJ/mol
(1) 若在甲、乙两个容积相等的容器中，分别充入
甲：2molSO2、1molO2； 乙：1molSO2、0.5molO2;
在上述条件下充分反应，并保持容积不变，当达到平衡后，试比较：
① 甲、乙两个容器中放出的热量与a的关系；
② 甲、乙两个容器中SO2的转化率的大小关系；
③ 甲、乙两个容器中平衡常数的大小关系；

（2）若在甲、乙两个容积相等的容积中，分别充入：
甲：2molSO2 、1molO2； 乙：1molSO2、0.5molO2;
在上述条件下充分反应，并保持压强不变，当达到平衡后，试比较：
① 甲、乙两个容器中放出的热量与a的关系；
② 甲、乙两个容器中SO2的转化率的大小关系；
③ 甲、乙两个容器中平衡常数的大小关系；
二、思考与归纳：
（1）可逆反应的本质特征是什么？

（2）什么是转化率？平衡正向移动则转化率一定升高吗？

（3）平衡常数的含义是什么？影响平衡常数的因素有哪些？平衡移动则平衡常数一定会改变吗？

（4）上述哪些情况是等效平衡？等效平衡的特征是什么？等效平衡有几种类型？

三．应用提升：
2-1、某温度下，在一容积可变的密闭容器中，反应2A(g)+B(g) 2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4moL 、2moL和4moL。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是：
A 均减半 B 均加倍 C 均增加1moL D 均减少1moL

2-2、某温度下，在一容积固定的密闭容器中，反应2A(g)+B(g) 2C(g)达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4moL 、2moL和4moL。在相同的温度下，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是：
A 均减半 B 均加倍 C 均增加1moL D 均减少1moL

四．实战演练：
3-1、．(2007四川高考)向某密闭容器中充入1molCO和2molH2O（g），发生反应：CO+H2O (g) CO2 +H2。当反应达到平衡时，CO的体积分数为x。若维持容器的体积和温度不变，起始
物质按下列四种配比充入该容器中，达到平衡时CO的体积分数大于x的是
A．0.5molCO+2molH2O(g)+1molCO2+1molH2
B．1molCO+1molH2O(g)+1molCO2+1molH2 .
C．0.5molCO+1.5molH2O(g)+0.4molCO2+0.4molH2
D．0.5molCO+1.5molH2O(g)+0.5molCO2+0.5molH2
3-2、（2007江苏高考）一定温度下可逆反应：A(s)+2B(g)2C(g)+D(g)；△H<0。现将1mol A和2molB加入甲容器中，将4 molC和2 mol D加入乙容器中，此时控制活塞P，使乙的容积为甲的2倍，t1时两容器内均达到平衡状态(如图1所示，隔板K不能移动)。下列说法正确的是
A．保持温度和活塞位置不变，在甲中再加入1molA和2molB,达到新的平衡后，甲中C的浓度
是乙中C的浓度的2倍
B．保持活塞位置不变，升高温度，达到新的平衡后，甲、乙中B的体积分数均增大
C．保持温度不变，移动活塞P，使乙的容积和甲相等，达到新的平衡后，乙中C的体积分数
是甲中C的体积分数的2倍
D．保持温度和乙中的压强不变，t2时分别向甲、乙中加入等质量的氦气后，甲、乙中反应速
率变化情况分别如图2和图3所示(t1前的反应速率变化已省略)

五．课后反馈：
4-1、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2 mol A和2 mol B，达平衡后A的体积分数为a %。其他条件不变时，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．2 mol C B．2 mol A、1 mol B和1 mol He（不参加反应）
C．1 mol B和1 mol C D．2 mol A、3 mol B和3 mol C
4-2、在恒压密闭容器M(如图Ⅰ) 和恒容密闭容器N(如图Ⅱ)中，分别加入a molA和a molB，起始时两容器体积均为V L，发生如下反应并达到化学平衡状态：2A(?) + B(?) xC(g)；ΔH＜0。平衡时M中A、B、C的物质的量之比为1∶3∶4。下列判断正确的是
A. x ＝4
B. 若N中气体的密度如图Ⅲ所示，则A、B有一种是气态
C. 若A为气体，B为非气体，则平衡时M， N中C的物质的量相等
D. 若A、B均为气体，平衡时M中A的转化率小于N中A的转化率
4-3、一定温度下，有可逆反应：2A(g)＋2B(g)C(g)＋3D(g)；ΔH＜0。现将2molA和2molB充入体积为V的甲容器，将2molC和6molD充入乙容器并使乙容器在反应开始前的体积为2V(如图1)。

图2

图1

关于两容器中反应的说法正确的是：
A．甲容器中的反应一定先达到化学平衡状态
B．两容器中的反应均达平衡时，平衡混合物中各组份的体积百分组成相同，混合气体的平均相对分子质量也相同
C．两容器达平衡后升高相同的温度，两容器中物质D的体积分数随温度变化如图2
D．在甲容器中再充入2molA和2molB，平衡后甲中物质C的浓度是乙中物质C的浓度的2倍
4-4、已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，△ H=－92KJ.mol-1 。请回答：
①在5000C、200atm和铁催化条件下向一密闭容器中充入1molN2 和3molH2，充分反应后，放出的热量 （填“”＞“”＜“＝”）92.4kJ。理由是
②为了有效提高氢气的转化率，实际生产中宜采取的措施有
A、降低温度 B、最适合催化剂活性的适当高温 C、增大压强
D、降低压强 E、循环利用和不断补充氮气 F、及时移出氨
③该反应的平衡常数表达式K= ，当温度升高时，K值 （增大、减小、无影响），其原因是 。若保持温度不变，增大压强，K值 （增大、减小、无影响），其原因是 。
④某温度下向一压强不变的密闭容器中充入1molN2 和3molH2，当反应达到平衡时，再向容器中充入1molN2 和3molH2，此时N2 的转化率 （增大、减小、不变）。
⑤某温度下向一压强不变的密闭容器中充入1molN2 和3molH2，当反应达到平衡时，再向容器中充入一定量的惰性气体，此时N2 的转化率 （增大、减小、不变）。
4-5已知一定温度时，2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ∆Η=－197kJ/mol。在此温度下，向甲、乙两个固定容积的密闭容器中分别通入2molSO2、1molO2和1mol SO2、0.5molO2，反应达到平衡状态时放出的热量分别为Q甲和Q乙，则下列关系正确的是
A.Q乙=0.5Q 甲B.Q乙< 0.5Q甲  C．Q乙<Q甲=197kJ D.Q甲=Q乙<197kJ
4-6有如下反应2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g），△H=-197KJ/mol，同温下，往体积相同的密闭容器A、B中分别充入2molSO2、1mol O2和1mol SO2、0.5mol O2、1molSO3，当它们分别达到平衡时放出的热量为Q1KJ和Q2 KJ，则下列比较正确的是（　　）
A．Q1=2Q2=197KJ
B．Q1=2Q2＜197KJ
C．2Q2＜Q1＜197KJ
D．Q1＜2Q2＜197KJ
4-7已知298时，2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)；△H = -197kJ·mol-1。在相同温度和压强下，向密闭容器中通入2molSO2和1molO2，达到平衡时放出热量为Q1；向另一个体积相同的容器中通入1molSO2、0.5molO2和
1molSO3，达到平衡时放出热量为Q2。则下列关系正确的是()
A.Q2<Q1<197kJ
B.Q2=Q1=197kJ
C.Q1<Q2<197kJ
D.Q1=Q2<197kJ
4-8已知298K，101 kPa时，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)；△H＝－197 kJ·mol－1。在相同温度和压强下，向密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，达到平衡时，放出热量为Q1，向另一个体积相同的容器中通入1 mol SO2、0.5 mol O2和1 mol SO3，达到平衡时放出热量为Q2，则下列关系正确的是()
A.Q2<Q1<197 kJ·mol－1
B.Q2＝Q1＝197 kJ·mol－1
C.Q1<Q2<197 kJ·mol－1
D.Q2＝Q1<197 kJ·mol－1
4-9在恒温、恒容下，发生如下反应：2A(g)+2B(g)  C(g)+3D(g)，现从两条途径分别建立平衡，途径Ⅰ：A、B的起始浓度均为2 mol·L—1途径Ⅱ: C、D的起始浓度分别为2 mol·L—1 和6 mol·L—1 ，以下叙述正确的是   ()
【解析】因为平衡的建立和途径是无关的，所以途径Ⅱ中相当于是A、B的浓度都是4mol/L，容器容积相同，所以途径Ⅱ中压强大，反应快，A不正确。由于反应前后体积不变，所以在反应过程中压强是不变的，即途径Ⅱ所得混合气体的压强是途径I所得混合气体的压强的2倍，B不正确。反应前后体积不变，而起始A和B的浓度之比都是1︰1的，所以在这2种条件下所得到的平衡状态是等效的，因此C正确，D错误。答案是C。
A.达到平衡时，途径I的反应速率等于途径Ⅱ的反应速率
B.达到平衡时，途径I所得混合气体的压强等于途径Ⅱ所得混合气体的压强
C.两途径最终达到平衡时，体系内各组分的百分含量相同
D.两途径最终达到平衡时，体系内各组分的百分含量不相同

答案
1-1B
1-2C
1-3C
2-1C
2-2BC
3-2BD解：从等效平衡的角度分析，4molC和2molD相当于2molA和4molB，即乙容器内的气体的物质的量为甲容器内的气体的物质的量的2倍，而乙容器的体积为甲容器的体积的2倍，在相同温度下达到相同平衡状态，
A、保持温度和活塞位置不变，在甲中再加入1molA和2molB，则相当于在原来的基础上增大压强，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时，甲中C的浓度小于原来的2倍，即小于乙中C的浓度的2倍，故A错误；
B、保持活塞位置不变，升高两个容器的温度，平衡向逆反应方向移动，甲、乙中B的质量分数都增大，故B正确；
C、保持温度不变，移动活塞P，使乙的容积和甲相等，则乙容器内的压强增大，平衡向逆反应方向移动，达到新的平衡后，乙中C的体积分数小于甲中C的体积分数的2倍，故C错误；
D、甲温度和体积变化，加入氦气后对平衡移动没有影响，保持温度和乙中的压强不变，加入氦气后乙体积增大，平衡应向正反应方向移动，正逆反应速率都减小，故D正确．
故选D．
4-2解：A.2A（？）+B（？）⇌xC（g）
起始（mol）：a        a      0
转化（mol）：2n       n      nx
平衡（mol）：a-2n      a-n    nx
由（a-2n）：（a-n）：nx=1：3：4可得n=
2a
5
，x=2，故A错误；
B．如A、B都是气体，则混合气体的密度不变，如图所示，体积不变，气体的密度增大，则应有固体或液体参加反应生成气体，A、B有一种是气态或都为固体或液体，故B错误；
C．若A为气体，B为非气体，则反应前后气体的体积相等，压强对平衡移动没有影响，平衡时M、N中的平衡状态相同，C的物质的量相等，故C正确；
D．若A、B均为气体，M为恒压下进行反应，N中随着反应的进行，压强逐渐减小，M相当于在N的基础上增大压强，平衡向正反应方向移动，则平衡时M中A的转化率大于N中A的转化率，故D错误．
故选C．
4-3解：A、虽然等效平衡后甲、乙容器中A、B浓度相等，但是该反应一个是从正反应进行，一个从逆反应进行，所以无法判断哪个容器先达平衡，故A错误；
B、等效平衡后甲、乙容器中A、B浓度相等，反应前后气体体积不变，压强不变，所以平衡混合物中各组分的体积百分组成相同，混合气体的平均相对分子质量也相同，故B正确；
C、△H＜0，该反应是放热反应，两容器中的反应均达平衡时，升高相同的温度，平衡向逆反应方向移动，物质D的体积分数随温度的升高而降低．因为平衡混合物中各组分的体积百分组成相同，所以两容器中物质D的体积分数随温度变化应该用同曲线表示，故C错误；
D、向甲容器中再充入2molA和2molB，平衡后甲中物质C的浓度加倍；由于乙容器是一恒压容器，向乙容器中再充入2molC和6molD，平衡后乙中物质C的浓度不变，所以向甲容器中再充入2molA和2molB，平衡后甲容器中物质C的浓度是乙容器中物质C的浓度的2倍，故D错误；
故选B．
4-5  甲容器相当于在乙容器的基础上增大压强，平衡向正反应方向移动，所以反应物的转化率增大，因此甲，答案选B。
4-6解：解：反应的热化学方程式为：2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）；△H=-197kJ/mol，
由热化学方程式可知，在上述条件下反应生成2molSO3气体放热197kJ，加入2mol SO2和1molO2，由于是可逆反应，所以生成的三氧化硫量小于2mol，所以Q1＜197kJ，
通入1molSO2，0.5mol O2，如果转化率与加入2mol SO2和1molO2相同，则放热为0.5Q1kJ，
但是此时体系压强比加入2mol SO2和1molO2要小，所以平衡会向左移动，实际放出的热量＜0.5Q1；
在1molSO2，0.5mol O2 的基础上再加1mol SO3，则平衡逆移，要吸收热量，所以通入1molSO2，
0.5mol O2 和1mol SO3时实际放出的热量Q2＜0.5Q1；
综上得：2Q2＜Q1＜197 kJ，
故选C．
4-7A
4-8A
4-9C【解析】因为平衡的建立和途径是无关的，所以途径Ⅱ中相当于是A、B的浓度都是4mol/L，容器容积相同，所以途径Ⅱ中压强大，反应快，A不正确。由于反应前后体积不变，所以在反应过程中压强是不变的，即途径Ⅱ所得混合气体的压强是途径I所得混合气体的压强的2倍，B不正确。反应前后体积不变，而起始A和B的浓度之比都是1︰1的，所以在这2种条件下所得到的平衡状态是等效的，因此C正确，D错误。答案是C。

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