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1、等效平衡问题(也可以理解为相同平衡状态,但人与人的理解不同,所以两种说法不尽一致)
根据化学平衡状态的概念,相同平衡状态是指在一定条件下,同一可逆反应无论反应是从正向开始还是从逆向开始(即不同的途径),经一段时间达平衡后,反应体系中任一反应物和生成物的浓度均相同的多个化学平衡状态之间的互称。因此,相应物质的转化率、各组分的百分含量也相同,而相应物质的物质的量等不一定相同。
⒈等温等容时
⑴对反应前后气体体积变化的可逆反应,可通过可逆反应的化学计量关系(即反应方程式的系数)把不同情况下各物质的物质的量都换算成反应物(或生成物)时,若相应的物质的量相等;或所有参加反应的物质中各元素的量守恒,则可达到相同的平衡状态,例如:
N2(g) + 3H2(g)==2NH3(g) (应为可逆符号,无法输入,用==代替,下同)
① 1mol 3mol 0
② 0 0 2mol
③ 0.5mol 1.5mol 1mol
④ 2mol 6mol 0
在等温等容时,以上①②③组中三种原料的配比最终会达到相同平衡状态。此时,各组分的浓度、体积分数、物质的量、转化率及反应速率都完全相同;而④组则不能
【思考】
①上面例子中按第④组原料的配比,最终达到平衡时NH3的产率与其它组相比有何不同?
②在体积不变的密闭容器中加入2mol N2和3mol H2,使其反应达到平衡后,NH3的浓度为W mol/L。若维持温度不变,N2、H2、NH3三种物质如何配比,才能使其达到平衡时NH3的浓度为仍为W mol/L?
⑵对于反应前后气体体积不变的可逆反应,由于给此类反应体系加压使气体体积缩小,或者按比例加大(或减小)各物质的物质的量,再次达到平衡时,各组分的浓度将同等程度地改变,反应速率也会发生相应的改变,但各组分的体积分数及反应物的转化率保持不变(讨论:各组分的物质的量如何改变?)。因此,只要把不同情况下各物质的物质的量完全换算成反应物(或生成物)后,各反应物(或生成物)的物质的量之比一致,即可实现上述平衡状态。例如:
H2(g) + I2(g)==2HI(g)
① 2mol 1mol 0
② 4mol 2mol 0
③ 5mol 2mol 2mol
⒉等温等压时(容积可变),对于反应前后气体体积无论不变还是变化的可逆反应,只要将不同情况下各物质的物质的量完全换算成反应物(或生成物)后,各反应物(或生成物)的物质的量之比一致,便可达到相同的平衡状态。此时,各组分的浓度、体积分数、转化率及反应速率都完全相同(但各组分的物质的量将同等程度改变)。
⒊在平衡体系中充入稀有气体或与反应无关的气体:
等温等容时,引起平衡体系的压强增大,但各物质的浓度不变,反应速率不变,平衡不移动。
等温等压时,引起平衡体系的体积增大,各物质的浓度同等程度减小,反应速率减小,平衡向气体体积增大的方向移动。
2、有关化学平衡的计算
其实就是按反应方程式的计算,注意起始状态和平衡状态时各物质的浓度或物质的量之间的关系,另外结合阿伏加德罗定律的推论(这些推论都可以用克拉珀龙方程推出)。
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