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专题二 化学反应速率和化学平衡
第三单元 第三节
等效平衡
化学平衡状态
1、概念：化学平衡状态是指在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。
2、特征：
逆：研究对象为可逆反应
等：V正=V逆 判断反应是否处于平衡状态的因素
动：V正=V逆≠0 动态平衡
定：各组分的浓度或其百分含量为定值
变：条件变化，化学平衡状态亦发生变化
例： 2SO2+ O2 2SO3
起始C(mol/L) 2 1 0
平衡C(mol/L) 0.8 0.4 1.2
2SO2+ O2 2SO3
0 0 2
0.8 0.4 1.2
以上两个平衡，有什么异同？
等效平衡
在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压），对同一可逆反应，只是起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。
等效平衡的判断方法
任何状态的体系，都用“极端状态”来比较，只要能转化为相同的“极端状态”，就一定是等效平衡。
2SO2 + O2
2SO3
在同温同压下达到下述三个平衡
amol SO2
bmol O2
cmol SO3
平衡1
amol SO2
bmol O2
cmol SO3
平衡2
kamol SO2
kbmol O2
kcmol SO3
平衡3
同一平衡
（全等平衡）
等效平衡
（相似平衡）
按计量系数换算成
方程式同一边的物质
1 mol 3 mol 0 mol
1 mol 3 mol 0 mol
1 mol 3 mol 0 mol
2 mol 6mol 0 mol
结论1：恒温、恒容：反应物投料量相当，则平衡等效。
（恒温、恒容，化为原值）
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
1 molN2
3 molH2
2 molN2
6molH2
2 molN2
6 molH2
加压
平衡移动
不等效
①②③
结论：
恒温恒容条件下对于反应前后气体分子数发生变化的可逆反应,投入的物料与原平衡相同，则二平衡等效。 　
练习1 【例1】 向某密闭容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，发生反应：CO＋H2O(g) CO2＋H2，反应达到化学平衡状态。若维持容器的容积和温度不变，起始物质按下列四种配比充入该容器中，达到化学平衡时CO的体积分数增大的是(　　)
A．0.5 mol CO＋2 mol H2O(g)＋1 mol CO2＋1 mol H2
B．1 mol CO＋1 mol H2O(g)＋1 mol CO2＋1 mol H2
C．0.5 mol CO＋1.5 mol H2O(g)＋0.4 mol CO2＋0.4 mol H2
D．0.5 mol CO＋1.5 mol H2O(g)＋0.5 mol CO2＋0.5 mol H2
B
解析：A项，相当于向容器中充入1.5 mol CO和3 mol H2O(g)，与原平衡投料比1?2相同，二者构成等效平衡，CO的体积分数不变；B项，相当于向容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，再充入1 mol CO，故前一步旨在建立等效平衡，再充入1 mol CO，可使平衡向正反应方向移动，但平衡移动是由CO的浓度增加引起的，CO的体积分数增大；C项，相当于向容器中充入0.9 mol CO和1.8 mol H2O(g)(二者比值为1?2)，再充入0.1 mol H2O(g)，加入H2O(g)会使平衡向正反应方向移动，CO的体积分数减小；D项，相当于向容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，与原平衡等效，CO的体积分数不变。
按计量系数换算成
方程式同一边的物质
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
2 mol 2 mol 0 mol 0 mol
4 mol 4 mol 0mol 0 mol
6 mol 6 mol 0 mol 0 mol
2mol 3 mol 0 mol 1 mol
2 mol CO
2 mol H2O
4 mol CO
4 mol H2O
2 mol CO
2 mol H2O
加压
平衡等效
平衡不移动
①②③
结论2：恒温恒容，对前后气体体积不变的可逆反应：相同反应物的投料比相等，则为等效平衡。
结论：
恒温恒容条件下对于反应
(1)前后气体分子数不变的可逆反应,投入物料的之比与原平衡相同，则二平衡等效。
(2)前后气体分子数不同的可逆反应,投入物料的与原平衡相同，则二平衡等效。
练习2： 已知H2(g)＋I2(g) 2HI(g)　ΔH＜0，有相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，在相同温度下分别达到平衡。现欲使甲中HI平衡时的百分含量大于乙中HI平衡时的百分含量，则应采取的措施是(　　)
A．甲、乙提高相同温度
B．甲中加入0.1 mol He，乙中不变
C．甲降低温度，乙增大压强
D．甲增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2
C
解析　相同容积的定容密闭容器甲和乙，甲中加入H2和I2各0.1 mol，乙中加入HI 0.2 mol，此时甲和乙建立的平衡是等效的。A项，甲、乙提高相同温度，平衡均逆向移动，HI的平衡浓度均减小，错误；B项，甲中加入0.1 mol He，在定容密闭容器中，平衡不会移动，错误；C项，甲降低温度，平衡正向移动，甲中HI的平衡浓度增大，乙增大压强平衡不移动，HI平衡时的百分含量不变，正确；D项，甲中增加0.1 mol H2，乙增加0.1 mol I2，结果还是等效的，错误。
一定条件下存在反应：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－Q kJ·mol－1(Q＞0)，现有三个相同的2 L恒容绝热(与外界没有热量交换)密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在Ⅰ中充入1 mol CO和1 mol H2O，在Ⅱ中充入1 mol CO2和1 mol H2，在Ⅲ中充入2 mol CO和2 mol H2O，均在700 ℃条件下开始反应。达到平衡时，上述三个过程对应的能量变化值分别为Q1、Q2、Q3，下列说法正确的是(　　)
A．2Q1＝2Q2＜Q3
B．容器Ⅰ中CO的百分含量比容器Ⅲ中CO的百分含量高
C．容器Ⅰ中反应的平衡常数比容器Ⅱ中反应的平衡常数小
D．容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1
练习3
C
解析　A项，容器中平衡建立的途径不相同，无法比较Q1、Q2的大小；C项，容器Ⅱ中所到达的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应移动，平衡常数增大；D项，温度相同时，容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和等于1，容器Ⅱ中所达到的平衡状态，相当于在容器Ⅰ中平衡的基础上降低温度，平衡向正反应方向移动，所以容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和小于1。
按计量系数换算成
方程式同一边的物质
1 mol 3 mol 0 mol
1 mol 3 mol 0 mol
1 mol 3 mol 0 mol
2 mol 6mol 0 mol
N2(g)＋3H2(g) ??2NH3(g)
①②③④
2 mol N2 6 mol H2
1 mol N2 3 mol H2
1 mol N2 3 mol H2
1 mol N2 3 mol H2
等 效
结论3：恒温、恒压：相同反应物投料比相等，则平衡等效。
（恒温、恒压，化为原比）
条件 等效条件 结果
恒温恒容
(△n(g)≠0)
恒温恒容
(△n(g)=0)
恒温恒压
等效平衡小结
投料换算成相同物质表示时物质的量相同
两平衡各组分百分含量均相同（n、c相同）
投料换算成相同物质表示时物质的量成比例
两平衡各组分百分含量相同，（n、c按比例变化 ）
投料换算成相同物质表示时物质的量成比例
两平衡各组分百分含量相同，（c相同，n按比例变化）
D
练习4
一定温度下，在3个容积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应2H2(g)＋CO(g) CH3OH(g)达到平衡，下列说法正确的是(　　)
容器 温度/K 物质的起始浓度/mol·L－1 物质的平衡浓度/mol·L－1
c(H2) c(CO) c(CH3OH) c(CH3OH)
Ⅰ 400 0.20 0.10 0 0.080
Ⅱ 400 0.40 0.20 0
Ⅲ 500 0 0 0.10 0.025
A.该反应的正反应吸热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物的转化率比容器Ⅱ中的大
C．达到平衡时，容器Ⅱ中c(H2)大于容器Ⅲ中c(H2)的两倍
D．达到平衡时，容器Ⅲ中的正反应速率比容器Ⅰ中的大
解析　对比容器Ⅰ和Ⅲ可知两者投料量相当，若温度相同，最终建立等效平衡，但Ⅲ温度高，平衡时c(CH3OH)小，说明平衡向逆反应方向移动，即逆反应为吸热反应，正反应为放热反应，A错误；Ⅱ相对于Ⅰ成比例增加投料量，相当于加压，平衡正向移动，转化率提高，所以Ⅱ中转化率高，B错误；不考虑温度，Ⅱ中投料量是Ⅲ的两倍，相当于加压，平衡正向移动，所以Ⅱ中c(H2)小于Ⅲ中c(H2)的两倍，C错误；对比Ⅰ和Ⅲ，若温度相同，两者建立等效平衡，两容器中速率相等，但Ⅲ温度高，速率更快，D正确。
练习5 在恒温、恒压的条件下，向可变容积的密闭容器中充入3LA和2LB，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0.6LA 、0.4LB、4LC、0.8LD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=10 y=2
C D

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