题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
等效平衡只问一件事:把各投料按化学方程式全部折到同一边之后,与基准投料是不是同一个状态。折的方法是「极值等量代换」——假设反应完全向某一方向进行到底,把产物按计量数换回反应物(或反过来)。
两类条件判据不同,必须先看清:① 恒温恒容且反应前后气体分子数不等时,要求折回后各物质的物质的量与基准完全相同(等同平衡,平衡时各组分物质的量相同);② 恒温恒压时,只要折回后各物质的量之比与基准相同即可(等比等效,平衡时各组分体积分数、转化率相同,物质的量可成比例)。下面反应式与数据均为自编示意,全部经三段式回代验证。
二、逐题精讲
题1
题1 基准平衡与三组投料判定(含三段式)
自编反应:在恒温恒容 1.0 L 密闭容器中进行 A(g) + 2B(g) ⇌ 2C(g)。基准投料:A = 1.00 mol,B = 2.00 mol,C = 0;达到平衡时测得 C = 1.20 mol。
(1) 列三段式,求 A、B 的平衡量与转化率;(2) 计算该温度下的平衡常数 Kc;(3) 判断下列三组投料与基准是否等效(恒温恒容):甲 A=0、B=0、C=2.00;乙 A=0.50、B=1.00、C=1.00;丙 A=2.00、B=4.00、C=0。
解析
(1) 三段式(单位 mol):生成 C 1.20 mol,由计量数 1 : 2 : 2,消耗 A = 1.20/2 = 0.60 mol、B = 1.20 mol。| A | 2B | 2C | |
|---|---|---|---|
| 起始 | 1.00 | 2.00 | 0 |
| 转化 | −0.60 | −1.20 | +1.20 |
| 平衡 | 0.40 | 0.80 | 1.20 |
α(A) = 0.60/1.00 = 60%;α(B) = 1.20/2.00 = 60%(起始配比恰为计量比,故两者转化率相同)。平衡时总物质的量 = 0.40+0.80+1.20 = 2.40 mol。
(2) 容器 1.0 L,浓度数值等于物质的量:
Kc = c(C)²/[c(A)·c(B)²] = (1.20)²/[0.40×(0.80)²] = 1.44/(0.40×0.64) = 1.44/0.256 = 5.625(量纲按浓度三次方之比,通常省写)。
(3) 折回同一边(全折到左边,即设 C 完全逆反应:2C → A + 2B):
甲:C = 2.00 → 折回得 A = 1.00、B = 2.00、C = 0,与基准完全相同 ⇒ 等效(等同平衡,平衡时各组分也为 0.40 / 0.80 / 1.20)。
乙:C = 1.00 折回得 A = 0.50、B = 1.00;加上原有 A = 0.50、B = 1.00 → 合计 A = 1.00、B = 2.00、C = 0,与基准相同 ⇒ 等效。
丙:A = 2.00、B = 4.00,是基准的2 倍。恒温恒容下浓度整体加倍,而本反应气体分子数由 3 变 2(Δn ≠ 0),加压使平衡向正方向移动,平衡时各组分不是简单的 2 倍 ⇒ 不等效。必须写出「Δn≠0」这个理由,只说「量不同」不给满分。
答案 (1) 平衡 A=0.40、B=0.80、C=1.20 mol,α(A)=α(B)=60%;(2) Kc=5.625;(3) 甲等效、乙等效、丙不等效(恒温恒容且 Δn≠0,加倍投料不等于等效)。
采分点 三段式三行 2 分;转化量按 1:2:2 换算 1 分;A、B 平衡量各 1 分;两转化率各 1 分;Kc 表达式 2 分;Kc 数值 1 分;三组判定各 1 分;丙的 Δn≠0 理由 2 分。
易错点 把生成 C 1.20 直接当成消耗 A 1.20(漏掉计量数 2);Kc 里 c(B) 忘记平方;折回时把 2C 折成 2A+2B(应为 A+2B);把丙判为等效(只看配比相同);不写 Δn≠0 这个条件。
题2
题2 恒温恒压判据与两路验算(简答)
(1) 若把题1 的条件改为恒温恒压,丙组投料(A=2.00、B=4.00、C=0)与基准是否等效?说明理由;(2) 用 Kc = 5.625 验证甲组投料在平衡时确实得到 A=0.40、B=0.80、C=1.20;(3) 说明「等效」在两类条件下分别保证了什么相同、什么可以不同。
解析
(1) 等效。恒温恒压下,容器体积可随总物质的量变化;丙组各投料恰为基准的 2 倍,折回后配比 A : B = 1 : 2 与基准相同,属于等比等效。此时平衡时各组分体积分数与转化率与基准相同(α 仍为 60%),但平衡时各物质的量是基准的 2 倍(A = 0.80、B = 1.60、C = 2.40 mol),容器体积也约为基准的 2 倍,故浓度不变、Q 与 K 仍相等。判据写「等比即可」是采分核心。(2) 甲组验算:甲起始 C = 2.00、A = B = 0,反应逆向进行。设生成 A 为 x mol,则 B = 2x、C = 2.00 − 2x。若等效成立,平衡应为 A = 0.40、B = 0.80、C = 1.20,即 x = 0.40 → 2.00 − 0.80 = 1.20 ✓。
代入平衡常数:K = (1.20)²/[0.40×(0.80)²] = 1.44/0.256 = 5.625,与题1 由基准求出的 K 完全一致 ✓。同一温度下 K 只由温度决定,与从哪边投料无关,这正是等效平衡成立的深层原因。
(也可反向验:若逆向进行到底的极限是 A=1.00、B=2.00、C=0,与基准起始状态完全相同,故必达同一平衡态。两路任选其一,都写更稳。)
(3) 对照说清:
| 条件 | 折回后要求 | 平衡时相同 | 平衡时可不同 |
|---|---|---|---|
| 恒温恒容(Δn≠0) | 各物质的量与基准完全相同 | 各组分物质的量、浓度、体积分数、转化率 | — |
| 恒温恒压 | 各物质的量之比与基准相同 | 体积分数、转化率、各组分浓度 | 各组分物质的量、容器总体积(成比例) |
补一句特例:若反应前后气体分子数相等(Δn = 0),恒温恒容下等比投料也等效,这是判据里最容易漏的例外。
答案 (1) 等效(恒温恒压为等比等效,配比 1:2 相同,α 仍 60%,物质的量为基准 2 倍);(2) 甲逆向至 A=0.40/B=0.80/C=1.20 代入 K=5.625 与基准一致;(3) 恒容要求全同、恒压要求等比;恒压时物质的量与体积可成比例不同,Δn=0 时恒容等比亦等效。
采分点 恒温恒压判据 2 分;丙等效判定 1 分;体积/物质的量成比例说明 2 分;甲组逆向三段式 2 分;K 回代一致 2 分;对照表两行各 1 分;Δn=0 特例 1 分。
易错点 把恒温恒压也判成「必须完全相同」;认为等效就是「各物质的量相等」(恒压下可成比例);甲组验算时把 2C→A+2B 的系数写错;忘记 K 只由温度决定,误以为换投料方向 K 会变;漏掉 Δn=0 的特例。
三、规律小结与对照表
| 条件 | 判据(折回同一边后) | 本题结论 |
|---|---|---|
| 恒温恒容,Δn≠0 | 各物质的量与基准完全相同 | 甲、乙等效;丙不等效 |
| 恒温恒压 | 各物质的量之比与基准相同(等比) | 丙等效,α=60%,量为 2 倍 |
| 恒温恒容,Δn=0 | 等比即等效 | 特例,须单独记 |
| 折回方法 | 2C → A + 2B(极值等量代换) | 甲→1.00/2.00/0;乙→1.00/2.00/0 |
| K 的性质 | 只由温度决定 | 甲从产物端投料仍得 K=5.625 |
| 三段式 | 起始/转化/平衡三行 | 基准 0.40 / 0.80 / 1.20 |
| 转化率 | 基准 α(A)=α(B)=60% | 起始为计量比故相等 |
等效平衡不用背结论,只要做两件事:先看清恒容还是恒压,再把所有投料按计量数折回同一边。恒容(Δn≠0)要「全同」,恒压只要「等比」;最后用 K 回代一次,等效不成立时也能立刻看出来。本题反应式、浓度、常数与投料均为自编示意数据,全部经三段式回代验证,不代表真实反应体系。
四、自测清单
- 动笔先圈条件:恒温恒容 还是 恒温恒压;再看 Δn 是否为 0
- 折回用「极值等量代换」,系数按方程式(2C→A+2B)
- 恒容要求各物质的量全同;恒压只要求配比相同
- 等效说的是平衡态等效,不是起始投料相等
- 用 K 只与温度有关这一条做回代验算
- 记住 Δn=0 时恒容等比也等效,别把特例漏掉