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3. 等效平衡的判断方法

化学平衡的计算与等效平衡 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 指在相同条件下,不同起始投料经反应达到平衡后,各组分的百分含量(或浓度)完全相同的平衡状态。

从哪来 本知识点建立在1. 三段式法、2. 转化率计算、模型3:等效平衡、3. 平衡移动图像之上。需利用三段式进行极限转化推导,结合转化率理解平衡位置,并通过图像辅助判断平衡移动方向。

为什么 化学平衡的本质是正逆反应速率相等,且受温度、压强、浓度共同影响。 1. 温度:决定平衡常数 $K$,温度不同,$K$ 不同,平衡状态必然不同,故等效平衡必须同温。 2. 压强/体积:对于气体反应,若 $\Delta n_g \neq 0$,压强改变会改变平衡移动方向;若 $\Delta n_g = 0$,压强改变不影响平衡组成。 3. 投料:通过“极限转化”(一边倒)将不同投料转化为同一侧的物质的量。若转化后的量满足特定比例(全等或成比例),则根据勒夏特列原理,体系最终会达到相同的相对组成或绝对浓度。 核心逻辑是:只要初始状态经过“数学变换”后能映射到同一个平衡点(或同一类平衡点),它们就是等效的。

“极限转化法”(一边倒)** **适合学生
逻辑思维强,擅长代数推导,对抽象概念理解困难的学生。 操作步骤: 1. 定条件:确认同温。 2. 分类型: - 恒温恒容: - 若 $\Delta n_g \neq 0$:极限转化后,对应物质物质的量完全相等 $\rightarrow$ 等效。 - 若 $\Delta n_g = 0$:极限转化后,对应物质物质的量成比例 $\rightarrow$ 等效。 - 恒温恒压: - 无论 $\Delta n_g$ 是否为 0:极限转化后,对应物质物质的量成比例 $\rightarrow$ 等效。 3. 算转化:利用化学计量数,将生成物全部转化为反应物(或反之),列出“虚拟起始量”。 4. 比大小:比较虚拟起始量是否满足上述相等或成比例关系。 口诀:恒容看全等($\Delta n \neq 0$)或比例($\Delta n = 0$),恒压只看比例。
“浓度/分压不变原理”** **适合学生
物理直觉好,喜欢从微观粒子运动角度理解,讨厌死记硬背规则的学生。 核心逻辑: 等效平衡意味着平衡时各组分的相对含量(摩尔分数)或绝对浓度相同。 1. 恒压容器:相当于一个可以伸缩的“气球”。只要投料比例相同,体系内的“拥挤程度”(总浓度)就相同,平衡时各组分分压比例必然相同,故等效。 2. 恒容容器: - 若反应前后气体分子数不变($\Delta n_g = 0$):压强变化不影响平衡,只要投料比例相同,浓度比例就固定,故等效。 - 若反应前后气体分子数改变($\Delta n_g \neq 0$):压强变化会迫使平衡移动。只有当投料量完全相同(即初始总压相同),平衡位置才完全一致,故等效。 类比: - 恒压:像稀释溶液,只要浓度比例对,结果一样。 - 恒容且 $\Delta n \neq 0$:像刚性盒子,只有塞进去的原子总数和种类完全一样,内部压力平衡点才一样。
“虚拟实验对比法”** **适合学生
形象思维强,喜欢通过具体情境和对比实验来记忆的学生。 情境构建: 想象有两个完全相同的刚性玻璃瓶(恒容)和一个带活塞的气缸(恒压)。 1. 场景一(刚性瓶,$\Delta n \neq 0$): - 瓶子A:放入 1mol A + 2mol B。 - 瓶子B:放入 2mol A + 4mol B。 - 结果:B瓶初始压强是A的2倍,平衡向气体分子数减小的方向移动更多。虽然B的转化率可能不同,但绝对浓度是A的2倍,百分含量不同。$\rightarrow$ 不等效。 - 修正:瓶子C:放入 1mol A + 2mol B,但通过催化剂或其他方式,让起始状态等效于 0.5mol A + 1mol B?不行,必须完全相同的投料量才能等效。 2. 场景二(气缸,恒压): - 气缸A:放入 1mol A + 2mol B,活塞停在位置 $V_1$。 - 气缸B:放入 2mol A + 4mol B,活塞停在位置 $2V_1$。 - 结果:B的体积是A的2倍,物质的量也是2倍,浓度完全相同。$\rightarrow$ 等效。 结论: - 刚性瓶(恒容):$\Delta n \neq 0$ 时,必须“一模一样”;$\Delta n = 0$ 时,可以“按比例放大”。 - 气缸(恒压):永远可以“按比例放大”。
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练一道
基础题
例题1(基础·恒容·$\Delta n \neq 0$) 在恒温恒容的密闭容器中,发生反应 $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$。 已知投料甲:1 mol $N_2$,3 mol $H_2$。 问:下列哪种投料乙与甲达到等效平衡? A. 2 mol $NH_3$ B. 0.5 mol $N_2$,1.5 mol $H_2$ C. 1 mol $N_2$,3 mol $H_2$,1 mol $NH_3$ D. 2 mol $N_2$,6 mol $H_2$
试试手自己判
检测题
在恒温恒容的密闭容器中,进行反应 $A(g) + B(g) \rightleftharpoons C(g)$。 已知投料甲:1 mol A,1 mol B。 问:下列投料乙中,能与甲达到等效平衡的是? A. 1 mol C B. 2 mol C C. 0.5 mol A,0.5 mol B D. 1 mol A,1 mol B,1 mol C
看答案和判分标准
答案:A
判对标准:
1. 学生能识别出反应 $\Delta n_g = 1 - (1+1) = -1 \neq 0$。
2. 学生能识别出条件为“恒温恒容”。
3. 学生能应用规则:$\Delta n_g \neq 0$ 且恒容 $\rightarrow$ 极限转化后必须完全相等。
4. 学生能正确转化:
- 甲:A:1, B:1, C:0。
- A选项:1 mol C $\rightarrow$ A:1, B:1, C:0。(相等,正确)
- B选项:2 mol C $\rightarrow$ A:2, B:2, C:0。(不相等,错误)
- C选项:A:0.5, B:0.5。(不相等,错误)
- D选项:A:1, B:1, C:1 $\rightarrow$ 转化后 A:2, B:2。(不相等,错误)
5. 若学生选B,说明混淆了恒压与恒容,或误以为比例相同即可。
6. 若学生选C,说明误以为减半也可以,忽略了恒容下压强变化的影响。
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