高中化学之等效平衡
相同条件下，同一可逆反应体系中，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，达到平衡时，任何物质的百分含量（浓度、质量分数、体积分数等）都保持不变的化学平衡互称等效平衡。
说明：
1、判断方法：使用极限转化的方法将各种情况变换成同一反应物或生成物，然后观察有关物质的数量是否相当。
2、恒温恒容条件下的等效平衡：
①对反应前后气体分子数改变的可逆反应：换算成方程式同一半边所含物质的物质的 量与原平衡相同，则两平衡等效；
②对反应前后气体分子数不变的可逆反应：换算成方程式同一半边所含物质的物质的 量比例关系与原平衡相同，则两平衡等效； 3、恒温恒压条件下的等效平衡：
在温度、压强不变的条件下，改变起始加入物质的物质的量，只要通过可逆反应化学计量数之比换算成方程式左右两边同一半边的物质的量之比与原平衡相同，则容器内各组分的百分含量相同，各指定物质的物质的量浓度也相同。两平衡等效。此时的等效平衡与反应前后气体的分子数变化没有关系。 练习
Ⅰ.在一定温度下，把2mol SO2和1mol O2通入一定容积的密闭容器中，发生如下反应， ，当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始时加入的 的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡状态时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填空： （1）若a=0，b=0，则c=___________。
（2）若a=0.5，则b=___________，c=___________。
（3）a、b、c的取值必须满足的一般条件是___________，___________。（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c） 解析：（1）c=2 （2）b=0.25，c=1.5 （3）a+c=2 b+c/2=1（或2b+c=2）。 Ⅱ.在一个固定体积的密闭容器中加入2molA、1molB发生反应：
-1
2A（g）＋B（g）3C（g）＋D（g），达到平衡时生成C的物质的量浓度为Wmol·L。若维持容器的
-1
体积和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后，C的物质的量浓度仍为W mol·L的是 ①4molA＋2molB
②2molA＋1molB＋3molC＋1molD ③3molC＋1molD
④1molA＋0.5molB＋1.5molC＋0.5molD ⑤3molA＋1molB
A、① ② B、②③ C、③④ D、④⑤
解析：恒温恒容条件下的等效平衡：对于反应前后气体分子总数发生变化的可逆反应，等效平衡的条件是：换算成方程式同一半边，所含物质的物质的量与原平衡相同。则按照以上原则，把①②③④⑤中的C、D换算成另一半边的A、B并与原有的A、B相加后与起始值相比，若相同，则两平衡等效，即③④属于等效平衡。
答案：C
Ⅲ. 在固定体积的密闭容器中，一定温度下，加入2molBr2，1molH2，发生反应：
Br2（g）＋H2（g）2HBr，达到平衡时，HBr的质量分数为w%。在相同条件下，按下列情况充入物质，达到平衡时，HBr的质量分数仍为w%的是
A、2molHBr B、3molHBr C、4molBr2＋2molH2 D、1molBr2＋2molHBr
解析：恒温恒容条件下的等效平衡：对于反应前后气体分子总数没有变化的可逆反应，等效平衡的条件是：换算成方程式同一半边，所含物质的物质的量比例关系与原平衡相同。则按照上述原则，原平衡时：Br2和H2的比例关系为2：1，则换算成同一半边时比例关系应仍为2：1，则两平衡等效，则符合题意的有：CD
答案：CD
Ⅳ.在一固定容积的密闭容器中充入2molA和1molB，发生反应： 2A（气）＋B（气）xC（气），达到平衡后，C的体积分数为W%。若维持容器体积和温度不变，按0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为W%，则x值为
A、1 B、2 C、3 D、4
解析：恒温恒容条件下的等效平衡有两种情况：对于反应前后气体分子总数没有变化的可逆反应，只要换算成方程式同一半边，所含物质的物质的量比例关系与原平衡相同即可，由于所给物质的比例关系与原平衡相同，则符合题意的是x＝3；反应前后气体分子总数发生变化的可逆反应，等效平衡的条件是：换算成方程式同一半边，所含物质的物质的量与原平衡相同，则将1.4molC换算成A、B后所得A、B的物质的量与原平衡一致即可，则此时x＝2。综上所述，本题答案为BC
答案：BC
Ⅴ.某恒温恒压下，向可变容积的密闭容器中充入3L A和2L B，发生如下反应： 3A（g）＋2B（g）xC（g）＋yD（g）达到平衡时，C的体积分数为m%，若维持温度、压强不变，将0.6L A、0.4L B，4L C、0.8L D作为起始物质充入密闭容器中，达到平衡时C的体积分数仍为m%，则x，y的值分别为
A、x＝3，y＝1 B、x＝4，y＝1 C、x＝5，y＝1 D、x＝2，y＝3
解析：本题是恒温、恒压条件下的等效平衡判断。根据阿伏加德罗定律及推论可知：同温同压下任何气体的体积比等于物质的量之比，则把4L C、0.8L D换算成A、B时可得：A为12/x或2.4/y，B为8/x或1.6/y，则A的总量为：0.6＋12/x或0.6＋2.4/y，B的总量为：0.4＋8/x或：0.4＋1.6/y，再根据A：B＝3：2可得，x＝5，y＝1
答案：C
Ⅵ. 某温度下，在1L的密闭容器中加入1mol N2、3mol H2，使反应N2+3H2 2NH3达到平衡，测得平衡混合气中N2、H2、NH3分别为0.6 mol、1.8 mol、0.8 mol，如果温度不变，只改变初始加入的物质的量而要求达到平衡时N2、H2、NH3的物质的量仍分别为0.6 mol、1.8mol、0.8 mol，则N2、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示时应满足的条件：
（1）若X=0，Y=0，则Z=______________________。 （2）若X=0.75，则Y=__________________。 （3）若X=0.45，则Y=_____
（4）X、Y、Z应满足的一般条件是（用含X、Y、Z的关系式表示）______。 解析 很显然，本题是求解T、V恒定时，达到同一平衡时，初始态的物料条件。
假若此反应为不可逆反应，那么1mol N2和3 molH2能完全生成2 mol NH3，即从图中A能达到C 但由于该反应可逆，故实际上只反应到B点，这就好比一条线路，从A地经过B地能达到C地，那么从A地正向出发能达到B地，自然从C地逆向出发也能达到B地。
故（1）中若X=0，Y=0，则 Z=2 mol。
从（1）的结果我们可以得以下的关系：
N2+3H22NH3
从始1到平衡需要一个时间过程，在这个过程中任意一个时刻各物质都有一个相应的量，那么以这个过程中任意一个时刻作初始状态，当然也能达到平衡状态的结果，这就好比上图中从A地能达到B地，那么以A、B两地间任意一点作出发点保持方向不变自然能达到B地。
当X＝0.75时，很明显是始1至平衡过程中的一点，根据化学方程式可知： N2：1→0.75，H2∶3→2.25，NH3∶0→0.5 故当X=0.75，则Y=2.25、Z＝0.5
当X＝0.45时，很明显是始2至平衡过程中的一点，同理知：Y=1.35、Z＝1.1。
当我们抛开平衡状态时，也可将X＝0.45、Y=1.35、Z=1.1看作从始1一直正向反应过程中达到的一个点，所以当我们不知道平衡时具体的数值，我们仍能据此求出Y和Z的值。同理可得：
说明 这类同一平衡所具备的物料关系，我们可以形象地记为过程与结果的关系，即将原初始状态至原平衡状态过程中任意一点作为初始状态，达到的平衡与原平衡互为同一平衡。
2．在恒温恒压下，对于同一可逆反应，若两初始状态具有相当的物料关系，则达到平衡后，两平衡互为等效平衡。
此处的相当是指按化学计量数换算成左右两边中同一边物质的量之比相同。 例如： N2O（g）＋2O2（g）N2O5（g）
①中n（N2O）∶n（O2）=2∶3
②中n（N2O）∶n（O2）=3∶4.5＝2∶3
③n（N2O）∶（O2）=（2.5+1.5）∶（3+3）=2∶3 则①②③的量相当。
那么又如何形象地理解这一类等效平衡呢？这里仍以例题进行说明。
Ⅶ. 在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中，保持一定的温度和压强，进行以下反应：
N2＋3H22NH3
已知加入1 mol N2、4 mol H2时，达到平衡后生成a mol NH3（见表中已知项），在相同温度和压强下保持平衡后各组分体积分数不变，对下列编号②～④的状态，填写表中空白。
已知 始态的物质的量/mol 平衡时NH3的物质的量/mol N2 H2 NH3 编号 ① ② 1 4 0 1 a 0.5a ③ ④ 1.5 m 6 g(g≥4m) 0 解析 由题意知②与①的平衡状态互为等效平衡，②中平衡时NH3的物质的量为①的一半，设①达到平衡的过程如下图。
设想我们可以用隔板将①中平衡状态均分为A、B两部分，那么A（B）与整体当然处于等效平衡且A（B）中NH3的量为0.5a mol，所以我们可认为A（B）部分为②的平衡态，那么达到B平衡态的初始状态当然也为达到①平衡态的初始状态的一半，即可用下图表示：
即达到②的平衡的初始的物质的量为：
n（N2）=0.5mol、n（H2）=2mol、n（NH3）=0 mol 而经过等量互换，当n（NH3）＝1mol时， n（N2）=0mol n（H2）=1.5mol
同理知①为③这个整体的2／3，故③达到平衡时n（NH3）=同理，设始态NH3为x，平衡时NH3为y，则
得x=2（g－4m） y=（g－3m）a
说明 这类等效平衡可形象地理解为整体与局部的关系。即在恒温恒压下，当两初始状态符合局部与整体的关系时，那么相对应的平衡态也就符合局部与整体的关系。反之亦然。 Ⅷ.在一定温度下，把2.0体积N2和6.0体积H2通入一个带活塞的体积可变的容器中，活塞的一端与大气相通，如图20—2所示。容器中发生的反应如下：
N2＋3H22NH3(正反应放热) 图20—2 若反应达到平衡后，测得混合气体为7.0体积。试回答：
(1)保持上述反应温度不变，设a、b、c(a∶b=1∶3)分别代表初始加入的N2、H2和NH3的体积，如果反应达到平衡后，混合气体中各物质的体积分数仍与上述平衡完全相同。那么：
①若a=1.0，c=2.0，则b=___________。在此情况下，反应起始时将向___________方向进行(填“正”或“逆)。
②若规定起始时反应向逆方向进行，则c的范围是__________________。(用含a、b的式子表示)。 (2)在上述装置中，若需控制平衡后混合气体为6.5体积，则可采取的措施是__________，原因是___________________________________。
解析：(1)题设反应是在恒温恒压下进行的，恒温恒压建立等效平衡的条件是：相同物质的投料比相等(若投料物质不一样，可依化学方程式转化后再作比较)。就本题而言，不论向原平衡体系中充入任意体积的NH3，还是充入任意体积的比例符合V(N2)∶V(H2)=2.0∶6.0=1∶3的N2和H2的混合气体，建立新平衡后，混合
气体中各气体的体积分数都与原平衡体系中同种物质的体积分数相同。
先求原平衡体系中N2、H2、NH3的体积：V(N2)、V(H2)、V(NH3) N2 ＋ 3H2 2NH3 ～ ΔV
1 3 2 1＋3－2
2.0－V(N2) 6.0－V(H2) V (NH3) 2.0＋6.0－7.0
V(N2)=1.5，V(H2)=4.5，V(NH3)=1.0 则a=1.0，c=2.0时，b的求法为
N2 ＋ 3H2 2NH3
V平 4.5 1.0 1.5
① 1.0 b 2.0
因为NH3投入的多少对等效平衡无影响，所以
1.54.5 b=3.0 1.0b若求起始时，反应向逆反应方向进行的c的范围，须先求加入多少c平衡不移动，即在已充入a体积
N2和b体积H2的前提下，先求c的平衡不动量。当然，这时a、b应为已知量。设平衡不移动时充入NH3的体积为x N2 ＋ 3H2 2NH3
V平 1.5 4.5 1.0 ② a b x
1.54.51.02a2b时，平衡不移动，解得：x= (或x=) abx392a2b所以，当c＞(或c＞)时；起始时反应逆向进行。
39则当
答案：(1)①3.0 逆 ②c＞
2a2b (或c＞) 39 (2)适当降温或加压 降温或加压，平衡向正反应
方向移动，气体总物质的量减少
