2019届一轮复习人教版第22讲化学平衡常数化学反应进行的方向学案
第22讲 化学平衡常数 化学反应进行的方向
考纲要求
学法点拨
1.了解化学平衡常数(K)的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。
2．了解化学反应的方向与化学反应的焓变与熵变的关系。
3．掌握化学反应在一定条件下能否自发进行的判断依据，能够利用化学反应的焓变和熵变判断化学反应的方向。
本讲内容在高考中的考点主要有两个：一是化学平衡常数的计算及利用化学平衡常数进行化学平衡移动方向的判断和反应是放热还是吸热等；二是焓变、熵变与化学反应方向的关系。
考点一 化学平衡常数
Z
1．化学平衡常数
(1)定义
在一定__温度__下，当一个可逆反应达到__化学平衡__时，生成物__浓度幂之积__与反应物__浓度幂之积__的比值是一个常数，简称__平衡常数__，用符号__K__表示。
(2)表达式
对于一般的可逆反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，在一定温度下达到平衡时，平衡常数K＝____。
平衡常数表达式中，各物质的浓度均为平衡时的浓度。其书写形式与化学方程式的书写有关。
(3)意义及应用。
①K值越大，正反应进行的程度__越大__，反应物的转化率__越大__。当K>__105__时，可以认为反应进行得较完全。
②K值越小，正反应进行的程度__越小__，反应物的转化率__越小__。当K<__10－5__时，认为反应很难进行。
(4)影响因素。
①内因：__反应物本身__的性质。
②外因：只受__温度__影响，与__浓度__、压强、__催化剂__等外界因素无关。即在一定温度下，平衡常数保持不变。
2．化学平衡常数的应用
(1)判断、比较可逆反应进行的程度
一般来说，一定温度下的一个具体的可逆反应：
K值
正反应进行的程度
平衡时生成物浓度
平衡时反应物浓度
反应物转化率
越大
__越大__
__越大__
__越小__
__越高__
越小
__越小__
__越小__
__越大__
__越低__
(2)判断正在进行的可逆反应的方向以及反应是否达到平衡
对于可逆反应：mA(g)＋n(B)(g)??pC(g)＋qD(g)，若浓度Qc＝，则将浓度商和平衡常数作比较可得可逆反应所处的状态。
(3)判断可逆反应的反应热
升高温度，若K值增大，则正反应为__吸热__反应；若K值减小，则正反应为__放热__反应。降低温度，若K值减小，则正反应为__吸热__反应。若K值增大，则正反应为__放热__反应。
3．化学平衡的计算方法——“三段式法”
化学平衡的计算模式可采取“三段式”的方式，依题意，列出化学方程式，并计算。“三段式法”是有效解答化学平衡计算题的“万能钥匙”。
(1)计算步骤：
—写出有关反应的化学方程式。
|
—标示出各物质的起始量、转化量、平衡量。
|
—
(2)具体方法：
可按下列模式进行计算：如mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，令A、B起始物质的量浓度分别为a mol·L－1、b mol·L－1，达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol·L－1。
mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)
起始/(mol·L－1) a b 0 0
变化/(mol·L－1) mx nx px qx
平衡/(mol·L－1) a－mx b－nx px qx
相关计算：
①平衡常数：K＝。
②A的平衡转化率：α(A)平＝×100%。
③A的物质的量分数：w(A)＝×100%
④混合气体的密度：ρ混＝。
⑤混合气体的平均相对分子质量：＝。
(3)注意事项：
①注意反应物和生成物的浓度关系。反应物：
c(平)＝c(始)－c(变)；生成物：c(平)＝c(始)＋c(变)。
②利用ρ混＝和＝计算时要注意m总应为气体的质量，V应为反应容器的体积，n总应为气体的物质的量。
③起始浓度之比、平衡浓度之比不一定与化学计量数成正比，但物质之间是按化学计量数之比反应和生成的，故各物质的浓度变化之比一定等于化学计量数之比，这是计算的关键。
特别提醒：
使用化学平衡常数应注意的问题
(1)化学平衡常数K值的大小是可逆反应进行程度的标志，它能够表示可逆反应进行的程度。一个反应的K值越大，表明平衡时生成物的浓度越大，反应物的浓度越小，反应物的转化率也越大。可以说，化学平衡常数是在一定温度下一个反应本身固有的内在性质的定量体现。
(2)化学平衡常数只与温度有关，与反应物或生成物的浓度无关。
(3)反应物或生成物中有固体和纯液体存在时，其浓度可看作“1”，而不计入平衡常数表达式中。如H2O(l)的浓度，固体物质的浓度均不写，但水蒸气浓度要写。
(4)化学平衡常数是指某一具体反应的平衡常数。若反应方向改变，则平衡常数改变；若化学方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
X
1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)反应SO2(g)＋2CO(g)??2CO2(g)＋S(l) ΔH<0在恒容的密闭容器中进行，平衡前，随着反应的进行，容器内压强始终不变( × )
提示：反应前后气体分子数不等，平衡前容器内压强逐渐变小。
(2)对某一可逆反应，升高温度则化学平衡常数一定变大( × )
提示：对于正反应吸热的反应，升高温度平衡正向移动，K增大；对于正反应放热的反应，升高温度平衡逆向移动，K变小。
(3)增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大( × )
提示：增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，但K不变化，因为K只受温度的影响，温度不变，K不变。
(4)可根据K随温度的变化情况判断反应的热效应( √ )
(5)化学平衡常数和转化率都能体现反应进行的程度( √ )
提示：化学反应达平衡时，各反应物的转化率达最大。化学平衡常数本身就是化学平衡时各物质浓度的关系。故平衡常数和转化率是从两个不同的角度来反映化学反应进行的程度。
(6)C(s)＋H2O(g)??CO(g)＋H2(g)的平衡常数表达式为K＝。( × )
(7)反应A(g)＋3B(g)??2C(g)，达平衡后，温度不变，增大压强，平衡正向移动，平衡常数K值增大。( × )
(8)对于一个可逆反应，化学计量数不同，化学平衡常数表达式及数值也不同。( √ )
(9)平衡常数发生变化，化学平衡一定发生移动( √ )
(10)化学平衡发生移动，平衡常数一定发生变化( × )
提示：不一定，平衡常数只与温度有关。
2．对于N2＋3H2??2NH3 K1
NH3??N2＋H2 K2
试分别写出平衡常数表达式，并判断其关系。
答案：K1＝
K2＝
K1＝
题组一 化学平衡常数及影响因素
1．(2018·天津高三检测)某温度下2L密闭容器中三种气体起始状态和平衡状态时的物质的量(n)如表所示，下列说法正确的是( B )
X
Y
W
n(起始状态)/mol
2
1
0
n(平衡状态)/mol
1
0.5
1.5
A.该温度下，此反应的平衡常数表达式是K＝
B．其他条件不变，升高温度，若W的体积分数减小，则此反应ΔH<0
C．其他条件不变，使用催化剂，正、逆反应速率和平衡常数均增大，平衡不移动
D．其他条件不变，当密闭容器中混合气体密度不变时，表明反应已达到平衡
[解析] 由表知，X、Y是反应物，W是生成物，且Δn(X)∶Δn(Y)∶Δn(W)＝2∶1∶3，化学方程式为2X＋Y??3W，反应的平衡常数表达式是K＝，A错误；升高温度，若W的体积分数减小，说明平衡向逆反应方向移动，则此反应的ΔH<0，B正确；使用催化剂，平衡常数不变，C错误；混合气体密度一直不变，不能说明反应已达到平衡，D错误。
2．(2018·邢台期末联考)只改变一个影响化学平衡的因素，平衡常数K与化学平衡移动的关系叙述不正确的是( D )
A．K值不变，平衡可能移动
B．平衡向右移动时，K值不一定变化
C．K值有变化，平衡一定移动
D．相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，K值也增大两倍
[解析] 因改变压强或浓度引起化学平衡移动时，K值不变，A项和B项均正确；K值只与温度有关，K值发生了变化，说明体系的温度改变，则平衡一定移动，C项正确；相同条件下，同一个反应的方程式的化学计量数增大2倍，K值应该变为[K(原)]2，D项错误。
3．研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下反应：
2NO2(g)＋NaCl(s)??NaNO3(s)＋ClNO(g) K1
ΔH1<0(Ⅰ)
2NO(g)＋Cl2(g)??2ClNO(g) K2 ΔH2<0(Ⅱ)
4NO2(g)＋2NaCl(s)??2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)的平衡常数K＝____(用K1、K2表示)，该反应的ΔH＝__2ΔH1－ΔH2__(用ΔH1、ΔH2表示)。
[解析] (Ⅰ)×2－(Ⅱ)可得4NO2(g)＋2NaCl(s)??2NaNO3(s)＋2NO(g)＋Cl2(g)，由平衡常数的定义可知，K＝。
萃取精华：
平衡常数的几个易错点
(1)正、逆反应的平衡常数互为倒数；若方程式中各物质的化学计量数等倍扩大或缩小，尽管是同一反应，平衡常数也会改变。
(2)能代入平衡常数表达式的为气体、非水溶液中的H2O、溶液中的溶质，固体与纯液体以及溶液中H2O的浓度可看为常数，不能代入。
题组二 化学平衡常数的计算与应用
4．(2018·山东潍坊高三检测)在1000 K时，已知反应Ni(s)＋H2O(g)??NiO(s)＋H2(g)的平衡常数K＝0.0059。当水蒸气和氢气的物质的量浓度相等时，此反应( C )
A．已达平衡状态
B．未达平衡状态，反应正向进行
C．未达平衡状态，反应逆向进行
D．无法确定
[解析] Qc＝＝1,1000 K时，K＝0.0059，故Qc>K，反应未达平衡状态，向逆反应方向进行。
5．(2017·河北衡水模拟)N2O5是一种新型硝化剂，在一定温度下可发生以下反应：
2N2O5(g)??4NO2(g)＋O2(g) ΔH>0
T1℃时，向密闭容器中通入N2O5，部分实验数据见下表：
t/s
0
500
1000
1500
c(N2O5)/(mol·L－1)
5.00
3.52
2.50
2.50
下列说法中不正确的是( C )
A．500 s内N2O5分解速率为2.96×10－3 mol·L－1·s－1
B．T1 ℃下的平衡常数K1＝125，平衡时N2O5的转化率为50%
C．T1℃的平衡常数为K1，T2温度下的平衡常数为K2，若T1>T2，则K1
5.00 mol·L－1
[解析] 500 s内N2O5的分解速率为v(N2O5)＝＝2.96×10－3 mol·L－1·s－1，A项正确；
2N2O5(g)??4NO2(g) ＋ O2(g)
5.00 0 0
2.50 5.00 1.25
2.50 5.00 1.25
N2O5的转化率为×100%＝50%，平衡常数K＝＝125，B项正确；由于正反应是吸热反应，故温度升高平衡常数增大，C项错误；缩小容积为原来的
，平衡逆向移动，N2O5浓度将大于原平衡时的二倍，D项正确。
6．(2018·南京一模)已知反应CO(g)＋H2O??CO2(g)＋H2(g)的平衡常数K与温度的关系如下表：
温度
400
500
830
平衡常数K
10
9
1
(1)该反应的ΔH__<__(选填“>”“＝”或“<”)0。
(2)500 ℃时，若CO和H2O的起始浓度均为0.060 mol·L－1，则在该条件下，CO的最大转化率为__75%__。
[解析] (1)由表格中数据可知，温度越高，平衡常数K越小，说明温度升高，反应逆向进行，正反应为放热反应，ΔH<0。
(2)500 ℃时，K＝9。
假设平衡时，CO的转化浓度为x mol·L－1，
CO(g)＋ H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
0.060 0.060 0 0
x x x x
0.060－x 0.060－x x x
根据平衡常数的表达式，则＝9，x＝0.045
故CO的转化率为×100%＝75%。
7．(2018·经典习题选萃)已知可逆反应：M(g)＋N(g)??P(g)＋Q(g) ΔH>0，请回答下列问题：
(1)在某温度下，反应物的起始浓度分别为c(M)＝1 mol·L－1，c(N)＝2.4 mol·L－1；达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为__25%__。
(2)若反应温度升高，M的转化率__增大__(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为c(M)＝4 mol·L－1，c(N)＝a mol·L－1；达到平衡后，c(P)＝2 mol·L－1，a＝__6__。
(4)若反应温度不变，反应物的起始浓度为c(M)＝c(N)＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为__41%__。
[解析] (1) M(g) ＋ N(g)??P(g) ＋Q(g)
1 2.4 0 0
1×60% 1×60%
因此N的转化率为×100%＝25%。
(2)由于该反应的ΔH>0，即该反应为吸热反应，因此升高温度，平衡右移，M的转化率增大。
(3)根据(1)可求出各平衡浓度：
c(M)＝0.4 mol·L－1
c(N)＝1.8 mol·L－1
c(P)＝0.6 mol·L－1
c(Q)＝0.6 mol·L－1
因此化学平衡常数K＝＝＝
由于温度不变，因此K不变，新状态达到平衡后
c(P)＝2 mol·L－1 c(Q)＝2 mol·L－1
c(M)＝2 mol·L－1 c(N)＝(a－2) mol·L－1
K＝＝＝
解得a＝6。
(4)设M的转化率为x，则达到平衡后各物质的平衡浓度分别为
c(M)＝b(1－x) mol·L－1
c(N)＝b(1－x) mol·L－1
c(P)＝bx mol·L－1
c(Q)＝bx mol·L－1
K＝＝＝
解得x≈41%。
考点二 化学反应进行的方向
Z
1．自发过程
(1)定义：在一定条件下，不需要借助__光__、__电__等外力作用就能自动进行的过程。
(2)特点：①体系趋向于从__高__能量状态转变为__低__能量状态(体系对外部__做功__或__放出__能量)；②在密闭条件下，体系有从__有__序转变为__无__序的倾向性(无序体系更加稳定)。
2．熵、熵变
(1)熵是量度体系__混乱__程度的物理量，符号为__s__。熵值越大，体系混乱度__越大__。
(2)影响熵大小的因素
①相同条件下，物质不同熵不同。
②同一物质的熵：气态(g)__>__液态(l)__>__固态(s)。
(3)熵变：ΔS＝S(反应产物)－S(反应物)。
(4)常见的熵增过程
①同一种物质的不同状态：S(g)__>__S(l)__>__S(s)。
②反应后气体物质的量增加的反应。
3．化学反应方向的判据
X
1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
(1)ΔH<0、ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行( × )
提示：ΔH<0、ΔS>0时，则ΔG<0，任何温度下反应都能自发进行。
(2)因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据( × )
提示：用焓变和熵变判断反应的自发性，都有例外，故都不能单独作为反应自发性的判据，而应用复合判据。
(3)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向( × )
提示：使用催化剂只能降低反应的活化能，不能改变反应的方向。
(4)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0( × )
提示：CaCO3(s)分解为吸热反应，ΔH>0。
(5)一定温度下，反应MgCl2(l)??Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0( √ )
(6)需要加热的反应，一定不能自发进行。( × )
(7)由能量判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。( √ )
(8)CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(g)是一个熵增加的过程。( √ )
(9)放热的反应一定能够自发进行，吸热的反应不能自发进行。( × )
(10)－10 ℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。( × )
2．分析下列反应，在任何温度下均能自发进行的是( D )
A．2N2(g)＋O2(g)===2N2O(g) ΔH＝＋163 kJ·mol－1
B．Ag(s)＋Cl2(g)===AgCl(s) ΔH＝－127 kJ·mol－1
C．HgO(s)===Hg(l)＋O2(g) ΔH＝＋91 kJ·mol－1
D．H2O2(l)===O2(g)＋H2O(l) ΔH＝－98 kJ·mol－1
解析：A项，该反应ΔH>0、ΔS<0，在任何温度下都不能自发进行；B项，该反应ΔH<0、ΔS<0，在高温下不能自发进行；C项，该反应ΔH>0、ΔS>0，在低温下不能自发进行；D项，该反应ΔH<0、ΔS>0，在任何温度下都能自发进行。
3．能自发进行的反应一定能实际发生吗？
答案：不一定，化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。
题组 化学反应方向的判定
1．下列有关说法不正确的是( DF )
A．(2016·全国甲卷)C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1和C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol－1两个反应在热力学上趋势均很大
B．(2015·天津高考)Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行
C．(2014·天津高考)某吸热反应能自发进行，因此该反应是熵增反应
D．(2014·江苏高考)2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH<0
E．(2012·江苏高考)反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0
F．(2012·江苏高考)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0
G．(2011·江苏高考)一定温度下，反应MgCl2(l)===Mg(l)＋Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0
2．在25 ℃、1.01×105 Pa下，反应2N2O5(g)===4NO2(g)＋O2(g) ΔH＝＋56.7 kJ·mol－1能自发进行的合理解释是( B )
A．该反应是分解反应
B．该反应的熵增效应大于焓变效应
C．该反应是熵减反应
D．该反应是放热反应
3．某反应2AB(g)??C(g)＋3D(g)在高温时能自发进行，其逆反应在低温时能自发进行，则该反应的ΔH、ΔS应为( C )
A．ΔH<0、ΔS>0 B．ΔH<0、ΔS<0
C．ΔH>0、ΔS>0 D．ΔH>0、ΔS<0
[解析] 由ΔH－TΔS<0时反应能自发进行推知：ΔH<0、ΔS>0，反应在任何温度下都能自发进行；ΔH>0、ΔS<0，反应在任何温度下都不能自发进行；ΔH>0、ΔS>0，反应在较高温度下能自发进行；ΔH<0、ΔS<0，反应在较低温度下能自发进行。
4．在A、B、C、D四个反应：
反应
A
B
C
D
ΔH/(kJ·mol－1)
＋10.5
＋1.80
－126
－11.7
ΔS/(J·mol－1·K－1)
30.0
－113.0
84.0
－105.0
(1)在任何温度下都能自发进行的反应是__C__。
(2)在任何温度下都不能自发进行的反应是__B__。
(3)在余下的反应中：①温度高于__77__℃时可自发进行的反应是__A__。
②温度低于__－161.6__℃时可自发进行的反应是__D__。
[解析] 放热的熵增反应在任何温度下都能自发进行，吸热的熵减反应在任何温度下都不能自发进行。放热的熵减反应在低温下能自发进行，吸热的熵增反应在高温下可以自发进行，具体温度可以根据ΔH－TΔS＝0计算出来。
萃取精华：
焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH－TΔS
反应情况
－
＋
永远是负值
在任何温度下均能自发进行
＋
－
永远是正值
在任何温度下均不能自发进行
＋
＋
低温为正；高温为负
低温时不能自发进行；高温时能自发进行
－
－
低温为负；高温为正
低温时自发进行；高温时不能自发进行
考点三 等效平衡
Z
1．定义
在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应体系，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的含量相同，这样的平衡称为等效平衡。
由于化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件(温度、浓度、压强等)完全相同，则可形成等效平衡。
如：常温常压下，可逆反应：
2SO2 ＋ O2 ?? 2SO3
① 2 mol 1 mol 0 mol
② 0 mol 0 mol 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
①从正反应开始，②从逆反应开始，③从正逆反应同时开始，由于①②③三种情况如果按方程式的计量关系折算成同一方向的反应物，对应各组分的物质的量均相等(如将②③折算为①)，因此三者为等效平等。
2．分析方法
(1)极值思维法：按照化学方程式的的化学计量数关系，把起始物转化为方程式同一侧的物质，通过对比两种情况对应组分的起始量是相等还是等比，来判断化学平衡是否等效的一种思维方法。
(2)化学平衡计算的基本模式——平衡“三段式”
例 mA ＋ nB??pC ＋ qD
a b 0 0
转化： mx nx px qx
平衡：a－mx b－nx px qx
注意：①转化量与方程式中各物质的化学计量数成比例；②这里a、b可指物质的量、浓度、体积等；③对反应物：平＝始－转。对生成物：平＝始＋转。
3．分类及方法总结
(1)恒温、恒容条件下的体积可变反应：
方法：极值等量即等效
例如，一定条件下的可逆反应：
2SO2 ＋ O2 ?? 2SO3
① 2 mol 1 mol 0 mol
② 0 mol 0 mol 2 mol
③ 0.5 mol 0.25 mol 1.5 mol
④ a mol b mol c mol
上述①②③三种配比，按方程式的计算数关系均转化为反应物，则SO2均为2 mol、O2
均为1 mol，三者建立的平衡状态完全相同。
④中a、b、c三者的关系满足：
(×2)＋a＝2，(×1)＋b＝1，即与上述平衡等效。
(2)恒温、恒压条件下的体积可变反应：
方法：极值等比即等效
例如：2SO2 ＋ O2 ?? 2SO3
① 2 mol 1 mol 0 mol
② 1 mol 0.5 mol 2 mol
③ a mol b mol c mol
①②中＝2∶1，故互为等效平衡。
③中a、b、c三者关系满足
＝或＝，c≥0，即与①②平衡等效。
(3)恒温条件下体积不变的反应：
方法：无论是恒温恒容，还是恒温恒压，只要极值等比即等效，因为压强改变对该类反应的化学平衡无影响。
例如：H2(g) ＋ I2(g) ?? 2HI(g)
① 1 mol 1 mol 0 mol
② 2 mol 2 mol 1 mol
③ a mol b mol c mol
①②两种情况下，n(H2)∶n(I2)＝1∶1，故两平衡等效。③中a、b、c三者关系满足：(×1＋a)∶(×1＋b)＝1∶1或a∶b＝1∶1，c≥0，即与①②等效。
4．等效平衡规律：①在定温、定容条件下，对于反应前后气体分子数改变的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量数比换算成同一侧的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效；②在定温、定容情况下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物(或生成物)的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡等效；③在定温、定压下，改变起始时加入物质的物质的量，只要按化学计量数换算成同一侧的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。
X
在相同温度和压强下，对反应CO2(g)＋H2(g)??CO(g)＋H2O(g)进行甲、乙、丙、
丁四组实验，实验起始时放入容器内各组分的物质的量见下表
物质
物质的量
实验
CO2
H2
CO
H2O
甲
a mol
a mol
0 mol
0 mol
乙
2a mol
a mol
0 mol
0 mol
丙
0 mol
0 mol
a mol
a mol
丁
a mol
0 mol
a mol
a mol
上述四种情况达到平衡后，n(CO)的大小顺序是( A )
A．乙＝丁>丙＝甲 B．乙>丁>甲>丙
C．丁>乙>丙＝甲 D．丁>丙>乙>甲
[解析] 考查可逆反应在建立化学平衡时，影响平衡的因素，其中甲和丙平衡等效，乙和丁平衡等效。
比较甲和乙，增大CO2的量平衡向生成CO和H2O的方向移动，故乙中CO的量大于甲中CO的量，故选A。
题组 “等效平衡”理论的应用
1．(2018·山东潍坊高三检测)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下[已知N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1]
容器
甲
乙
丙
反应物投入量
1 mol N2、3 mol H2
2 mol NH3
4 mol NH3
NH3的浓度(mol·L－1)
c1
c2
c3
反应的能量变化
放出a kJ
吸收b kJ
吸收c kJ
体系压强(Pa)
p1
p2
p3
反应物转化率
α1
α2
α3
下列说法正确的是( B )
A．2c1>c3 B．a＋b＝92.4
C．2p2p3，A、C、D错误。
2．(双选题)(2016·江苏卷，15)一定温度下，在3个体积均为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( AD )
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.该反应的正反应放热
B．达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器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] 容器Ⅰ和Ⅲ的投料比是等价的，平衡时，500 K的CH3OH浓度比400 K的小，说明反应升温后，平衡逆向移动，故正反应为放热反应，A项正确；容器Ⅱ与容器Ⅰ相比相当于增大压强，增大压强时，该反应平衡正向移动，故容器Ⅱ中反应物的转化率大，B项错误；由表中数据，达平衡时，可求得容器Ⅰ中c(H2)＝0.040 mol·L－1，可推知容器Ⅱ中，c(H2)＜0.080 mol·L－1，可计算出容器Ⅲ中c(H2)＝0.150 mol·L－1，>，C项错误；容器Ⅲ中物质的浓度相当于等同容器Ⅰ，但是Ⅲ中的温度高，所以Ⅲ中无论是正反应速率，还是逆反应速率均大，D项正确。
3．(2018·哈尔滨第三中学质检)如图所示，甲容器容积固定不变，乙容器有可移动的活塞。甲中充入2 mol SO2和1 mol O2，乙中充入4 mol SO3和1 mol He，在恒定温度和相同的催化剂条件下，发生如下反应：2SO3(g)??2SO2(g)＋O2(g)。下列有关说法正确的是( B )
A．若活塞固定在6处不动，达平衡时甲、乙两容器中的压强：p乙＝p甲
B．若活塞固定在3处不动，达平衡时甲、乙两容器中SO3的浓度：c(SO3)乙>2c(SO3)甲
C．若活塞固定在3处不动，达平衡时甲、乙两容器中SO2的体积分数：φ(SO2)乙>2φ(SO2)甲
D．若活塞固定在7处不动，达平衡时两容器中SO3的物质的量分数相等
[解析] 4 mol三氧化硫就相当于是4 mol SO2和2 mol O2。若活塞固定在6处不动，甲、乙两容器属于等效平衡，但是乙中有1 mol氦气，压强大于甲的压强，A不正确；如果活塞固定在3处不动，则甲和乙中的容积都是相同的，由于乙中压强比甲的压强大，平衡逆向移动，则平衡时c(SO3)乙>2c(SO3)甲，φ(SO2)乙<φ(SO2)甲，故B正确，C不正确；如果活塞固定在7处不动，由于乙中还含有1 mol He
，则相当于降低压强，平衡向正反应方向移动，两容器中SO3的物质的量分数不相等，D不正确。
4．(2018·试题调研)将2 mol A和1 mol B充入某密闭容器中发生反应：2A(g)＋B(g)??xC(g)，达到化学平衡后，C的体积分数为a，假设该反应的条件分别和下列各选项的条件相同，下列判断正确的是( D )
A．若在恒温恒压下：当x＝1时，按1.5 mol A、1 mol C作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为a
B．若在恒温恒容下：当x＝2时，将3 mol C作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为a
C．若在恒温恒压下：当x＝3时，按1 mol A、1 mol B、1 mol C作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数为a
D．若在恒温恒容下：按0.6 mol A、0.3 mol B、1.4 mol C作为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为a，则x为2或3
[解析] 恒温恒压时，极值等比时两平衡等效，在A项中：＝≠，在C项中＝＝≠，A、C错误；恒温恒容下，当x＝2时，将3 mol C作为起始物质，通过反应的化学计量数之比换算成A和B的物质的量，则相当于起始时有3 mol A和1.5 mol B，与起始充入2 mol A和1 mol B相比，压强增大，平衡右移，达平衡后，C的体积分数增大，B错误；若在恒温恒容下，按0.6 mol A、0.3 mol B、1.4 mol C作起始物质，若是x＝2，通过反应的化学计量数之比换算成A和B的物质的量分别为2 mol A、1 mol B，与原反应等效；但是若x＝3时，反应方程式两边的气体化学计量数之和相等，压强不影响平衡，由于加入的A、B的物质的量满足2∶1，达到平衡时与原平衡也是等效平衡，所以x＝2、x＝3都可以，D正确。
萃取精华：
等效平衡判断“四步曲”
：观察可逆反应特点(物质状态、气体分子数)，判断反应是反应前后气体体积不变的可逆反应还是反应前后气体体积改变的可逆反应；
：挖掘反应条件，是恒温恒容还是恒温恒压，注意密闭容器不等于恒容容器；
：采用一边倒法，将起始物质按可逆反应化学计量数之比转化成同一边的物质；
：联系等效平衡判断依据，结合题目条件判断是否达到等效平衡。
要点速记：
1．化学平衡常数的表达式及注意事项：
(1)表达式。
对于反应mA(g)＋nB(g)??pC(g)＋qD(g)，
K＝。
(2)三注意：①平衡常数表达式中的浓度必须为平衡浓度。②固体和纯液体的浓度视为常数1，通常不计入平衡常数表达式。③化学平衡常数只受温度的影响。
2．化学平衡常数的三应用：
(1)判断反应进行程度的大小。
(2)判断反应进行的方向和热效应。
(3)计算物质的含量、转化率、平衡浓度等。
3．判断化学反应进行的方向
4．等效平衡的含义及分析方法
5．知识体系
