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2-4-6 等效平衡及应用
1．【2017年江苏卷T15】温度为T1时，在三个容积均为1 L的恒容密闭容器中仅发生反应: 2NO2(g) 2NO(g)+O2 (g) (正反应吸热)。实验测得: v正= v (NO2 )消耗= k正c2(NO2 )，v逆= v(NO)消耗= 2v (O2 )消耗= k逆c2 (NO)·c(O2 )，k正、k逆为速率常数，受温度影响。
下列说法正确的是
A．达平衡时，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强之比为 4∶5
B．达平衡时，容器Ⅱ中 c(O2 )/ c(NO2 ) 比容器Ⅰ中的大
C．达平衡时，容器Ⅲ中 NO 的体积分数小于50%
D．当温度改变为 T2时，若 k正=k逆，则 T2> T1
【答案】CD
【解析】由容器I中反应2NO2 2NO+O2
起始量(mol/L) 0.6 0 0
变化量(mol/L) 0.4 0.4 0.2
平衡量(mol/L) 0.2 0.4 0.2
可以求出平衡常数K=，平衡时气体的总物质的量为0.8mol，其中NO占0.4mol，所以NO的体积分数为50%，。在平衡状态下，v正=v(NO2)消耗=v逆=v(NO)消耗，所以k正c2(NO2)=k逆c2(NO)?c(O2)，进一步求出.
A．显然容器II的起始投料与容器I的平衡量相比，增大了反应物浓度，平衡将向正反应方向移动，所以容器II在平衡时气体的总物质的量一定小于1mol，故两容器的压强之比一定大于4：5，A错误；B． 若容器II在某时刻，，
由反应2NO2 2NO + O2
起始量(mol/L) 0.3 0.5 0.2
变化量(mol/L) 2x 2x x
平衡量(mol/L) 0.3-2x 0.5+2x 0.2+x
因为，，解之得x=，求出此时浓度商Qc= >K，所以容器II达平衡时，一定小于1，B错误；C． 若容器III在某时刻，NO的体积分数为50%，
由反应2NO2 2NO + O2
起始量(mol/L) 0 0.5 0.35
变化量(mol/L) 2x 2x x
平衡量(mol/L) 2x 0.5-2x 0.35-x
由0.5-2x=2x+0.35-x，解之得，x=0.05，求出此时浓度商Qc=>K，说明此时反应未达平衡，反应继续向逆反应方向进行，NO进一步减少，所以C正确；D．温度为T2时，>0.8，因为正反应是吸热反应，升高温度后化学平衡常数变大，所以T2>T1，D正确。答案选CD。
【名师点睛】试题主要从浓度、温度对化学反应速率、化学平衡的影响以及平衡常数的计算等方面，考查学生对化学反应速率、化学平衡等化学基本原理的理解和应用，关注信息获取、加工和处理能力的提高。解题时首先要分析反应的特征，如是恒温恒容还是恒温恒压反应，是气体分子数目增加的还是气体分子数目减小的反应，其次分析所建立的平衡状态的条件和平衡状态的特征，最后逐一分析试题中所设计的选项，判断基是否正确。本题只给了一个平衡量，通过化学平衡计算的三步分析法，分析容器I中平衡态的各种与4个选项相关的数据，其他容器与I进行对比，通过浓度商分析反应的方向，即可判断。本题难度较大，如能用特殊值验证的反证法，则可降低难度。
等效平衡是化学平衡中一种分析模型，在处理化学平衡移动中相关量的变化有着重要作用。在解题中制造出一个与原平衡的等效平衡，然后通过改变条件在等效平衡的基础上进行移动，进而分析相关量的变化。
1．解答化学平衡问题注意“3误区”
（1）不要将平衡的移动和速率的变化混同起来。如化学反应速率改变，平；；衡不一定发生移动，但平衡发生移动，
化学反应速率一定改变；不能认为平衡正向移动一定是v(正)加快，v(逆)减慢等。
（2）不要将平衡的移动和浓度的变化混同起来。如不能认为平衡正向移动时，反应物浓度一定减少，生成物浓度一定增加等。
（3）不要将平衡的移动和反应物的转化率混同起来。不能认为平衡正向移动时，反应物的转化率一定提高。
2．分析化学平衡移动的思维模型
对于反应物或生成物只有一种的可逆反应而言，在改变物质浓度而引起化学平衡移动时应遵循或应用下列方法进行分析：
（1）建模法分析化学平衡
当容器Ⅱ中的投料量是容器Ⅰ中的n倍时，可通过建模思想来进行考虑。
一般解题步骤[以PCl5(g)??PCl3(g)＋Cl2(g)为例]：
①建模：构建容器Ⅰ的模型：
②解模：将容器Ⅱ进行拆分，构建新的模型(用实线箭号表示状态变化的方向，用虚线箭号表示虚拟的过程)：

最后将虚拟出的两个平衡状态进行加压，把体积较大的平衡状态转化为体积较小的平衡状态。即容器Ⅱ的反应相当于在虚拟容器的基础上增大压强，平衡逆向移动，容器Ⅱ相对于容器Ⅰ，PCl5的体积分数增大。
（2）在温度、压强不变的体系中加入某种气体反应物(或生成物)的平衡移动问题：
对于aA(g) bB(g)＋cC(g)或bB(g)＋cC(g) aA(g)，当T、p不变时，加入A气体，平衡移动的最终结果与原平衡等效，相当于平衡不移动；而加入B或C，则平衡的移动由浓度决定。
1．温度为T时，在两个起始容积都为1L的恒温密闭容器发生反应：H2(g)+I2(g) 2HI(g) ΔH＜0。实验测得：v正＝v(H2)消耗＝v(I2)消耗＝k正c(H2)·c(I2)，v逆＝v(HI)消耗＝k逆c2 (HI)，k正、k逆为速率常数，受温度影响。下列说法正确的是
容器
物质的起始浓度（mol·L－1）
物质的平衡浓度
c(H2)
c(I2)
c(HI)
Ⅰ（恒容）
0.1
0.1
0
c(I2)＝0.07 mol·L－1
Ⅱ（恒压）
0
0
0.6
A．反应过程中，容器Ⅰ与容器Ⅱ中的总压强的比为1:3
B．两容器达平衡时：c(HI，容器Ⅱ)＞3c(HI，容器Ⅰ)
C．温度一定，容器Ⅱ中反应达到平衡时（平衡常数为K），有K＝成立
D．达平衡时，向容器Ⅰ中同时再通入0.1 mol I2和0.1 mol HI，则此时ν正＞ν逆
【答案】AC
K==＝，选项C正确；D、容器Ⅰ达平衡时，H2、I2、HI的浓度分别为0.07 mol·L－1、0.07 mol·L－1、0.03 mol·L－1，K=,向容器Ⅰ中同时再通入0.1 mol I2和0.1 mol HI，则此时Q=>K，ν逆＞ν正,选项D错误。答案选AC。
点睛：本题考查了化学平衡影响因素分析判断，等效平衡及平衡常数计算分析，掌握基础是关键，易错点为选项D，应先利用数据计算K，再根据浓度变化后求算Q，最后通过比较K与Q大小确定平衡移动方向及正逆反应速率大小。
2．一定温度下，在三个容积均为2.0 L的恒容密闭容器中发生反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)。各容器中起始物质的量与反应温度如下表所示，反应过程中甲、丙容器中CO2的物质的量随时间变化关系如下图所示。下列说法正确的是
容器
温度/℃
起始物质的量/mol
NO (g)
CO (g)
甲
T1
0.20
0.20
乙
T1
0.30
0.30
丙
T2
0.20
0.20
A．该反应的正反应为吸热反应
B．达到平衡时，乙中CO2的体积分数比甲中的大
C．T1℃时，若起始时向甲中充入0.40 mol NO、0.40mol CO、0.40mol N2和0.40mol CO2，则反应达到新平衡前v(正)＜v(逆)
D．T2℃时，若起始时向丙中充入0.06mol N2和0.12 mol CO2，则达平衡时N2的转化率大于40%
【答案】BD
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始量（mol·L－1） 0.1 0.1 0 0
变化量（mol·L－1） 0.05 0.05 0.025 0.05
平衡量（mol·L－1） 0.05 0.05 0.025 0.05
K==10，T1℃时，若起始时向甲中充入0.40 mol NO、0.40mol CO、0.40mol N2和0.40mol CO2，Qc= =5＜K=10，则反应达到新平衡前v（正）＞v（逆），故C错误；D、T2℃时，平衡状态CO2物质的量为0.12mol，
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始量（mol） 0.2 0.2 0 0
变化量（mol） 0.12 0.12 0.06 0.12
平衡量（mol） 0.08 0.08 0.06 0.12
2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)
起始量（mol） 0 0 0.06 0.12
转化量 0.12 0.12 0 0
则起始时向丙中充入0.06mol N2和0.12 mol CO2，反应逆向进行得到平衡状态，和起始量为0.12molNO和0.12molCO达到的平衡等效，所以再和起始量0.2molCO、0.2molNO相比，相当于减少了NO、CO各0.08mol，压强减小平衡逆向进行，所以氮气转化率大于40%，故D正确；故选BD。
3．温度为T时，向体积为2L的恒容密闭容器中加入足量铁粉和10.0molH2O(g)，发生反应3Fe(s)+4H2O(g)Fe3O4(s)+ 4H2(g)，一段时间后达平衡，时刻向容器中再充入一定量的H2，再次达平衡时，H2的体积分数为20%。下列说法正确的是
A．t1时刻充入H2，v'正、v'逆变化如右图
B．第一次达平衡时，H2的体积分数小于20%
C．温度为T时，起始向原容器中充入0.1mol铁粉、0.04molH2O(g)、0.1mol Fe3O4(s)、0.005 mol H2(g)，反应向正反应方向进行
D．温度为T时，向恒压容器中加入足量 Fe3O4(s)和0.08molH2(g)，达平衡时H2(g)转化率为20%
【答案】AC
点睛：本题考查化学反应速率及化学平衡的影响因素、等效平衡的判断，注意反应为气体体积不变且反应物和生成物均为只有一种气体，易错点为投料按正方向的转化率是按逆方向转化率之和为100%。
4．向甲、乙两个容积均为1 L的恒容容器中，分别充入2 mol A、2 mol B和1 mol A、1 mol B。相同温度下发生反应：A(g)＋B(g) xC(g) ΔH＜0。测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．x可能等于1
B．甲、乙两容器中反应达平衡时，平衡常数K甲＜K乙
C．将乙容器升温可使甲、乙容器内各物质的体积分数相同
D．若向甲容器中再充入2 mol A、2 mol B，则平衡时甲容器中0.78 mol·L－1＜c(A)＜1.56 mol·L-1
【答案】AD
【解析】由图象可知平衡时，甲容器平衡时，A的转化率为=61%，乙容器内A的转化率为=50%，甲容器内压强比乙容器内大，增大压强向正反应移动，增大压强平衡压强增大向着体积减小的方向移动，故：1+1＞X，所以x=1；A．由上述分析可知x=1，若x=2，反应前后气体体积不变，甲、乙为等效平衡，转化率相等，故A正确；B． 平衡常数只与温度有关，甲、乙两容器中反应均在相同温度下进行，则平衡常数K甲=K乙，故B错误；C．该反应为放热反应，将乙容器单独升温，平衡向吸热反应方向移动，即向逆反应方向移动，A的转化率比甲容器的转化率低，不可能使乙容器内各物质的体积分数与甲容器内的相同，故C错误；D．向甲容器中再充入2molA、2molB，可以等效为原平衡状态下压强增大一倍，平衡向正反应方向移动，A转化率增大，所以平衡时甲容器中c(A)小于2倍原平衡中的c(A)，平衡移动目的是降低浓度增大趋势，但不能消除浓度增大，达新平衡时浓度比原平衡大，所以平衡时甲容器中0.78mol/L＜c(A)＜1.56mol/L，故D正确；故选AD。

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