題目性質:自編仿真題——題目、材料、選項、數據與情境均為按課程標準與聯招常見考點獨立編寫的原創仿真題,非真題原文,未取自任何題庫、教輔或試卷;解析與採分點為教研整理,非官方評分標準。
一、考點定位與做題順序
等效平衡只問一件事:把各投料按化學方程式全部折到同一邊之後,與基準投料是不是同一個狀態。折的方法是「極值等量代換」——假設反應完全向某一方向進行到底,把產物按計量數換回反應物(或反過來)。
兩類條件判據不同,必須先看清:① 恆溫恆容且反應前後氣體分子數不等時,要求折回後各物質的物質的量與基準完全相同(等同平衡,平衡時各組分物質的量相同);② 恆溫恆壓時,只要折回後各物質的量之比與基準相同即可(等比等效,平衡時各組分體積分數、轉化率相同,物質的量可成比例)。下面反應式與數據均為自編示意,全部經三段式回代驗證。
二、逐題精講
題1
題1 基準平衡與三組投料判定(含三段式)
自編反應:在恆溫恆容 1.0 L 密閉容器中進行 A(g) + 2B(g) ⇌ 2C(g)。基準投料:A = 1.00 mol,B = 2.00 mol,C = 0;達到平衡時測得 C = 1.20 mol。
(1) 列三段式,求 A、B 的平衡量與轉化率;(2) 計算該溫度下的平衡常數 Kc;(3) 判斷下列三組投料與基準是否等效(恆溫恆容):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(單位 mol):生成 C 1.20 mol,由計量數 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 |
| 轉化 | −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%(起始配比恰為計量比,故兩者轉化率相同)。平衡時總物質的量 = 0.40+0.80+1.20 = 2.40 mol。
(2) 容器 1.0 L,濃度數值等於物質的量:
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(量綱按濃度三次方之比,通常省寫)。
(3) 折回同一邊(全折到左邊,即設 C 完全逆反應:2C → A + 2B):
甲:C = 2.00 → 折回得 A = 1.00、B = 2.00、C = 0,與基準完全相同 ⇒ 等效(等同平衡,平衡時各組分也為 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 → 合計 A = 1.00、B = 2.00、C = 0,與基準相同 ⇒ 等效。
丙:A = 2.00、B = 4.00,是基準的2 倍。恆溫恆容下濃度整體加倍,而本反應氣體分子數由 3 變 2(Δn ≠ 0),加壓使平衡向正方向移動,平衡時各組分不是簡單的 2 倍 ⇒ 不等效。必須寫出「Δn≠0」這個理由,只說「量不同」不給滿分。
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(恆溫恆容且 Δn≠0,加倍投料不等於等效)。
採分點 三段式三行 2 分;轉化量按 1:2:2 換算 1 分;A、B 平衡量各 1 分;兩轉化率各 1 分;Kc 表達式 2 分;Kc 數值 1 分;三組判定各 1 分;丙的 Δn≠0 理由 2 分。
易錯點 把生成 C 1.20 直接當成消耗 A 1.20(漏掉計量數 2);Kc 裡 c(B) 忘記平方;折回時把 2C 折成 2A+2B(應為 A+2B);把丙判為等效(只看配比相同);不寫 Δn≠0 這個條件。
題2
題2 恆溫恆壓判據與兩路驗算(簡答)
(1) 若把題1 的條件改為恆溫恆壓,丙組投料(A=2.00、B=4.00、C=0)與基準是否等效?說明理由;(2) 用 Kc = 5.625 驗證甲組投料在平衡時確實得到 A=0.40、B=0.80、C=1.20;(3) 說明「等效」在兩類條件下分別保證了什麼相同、什麼可以不同。
解析
(1) 等效。恆溫恆壓下,容器體積可隨總物質的量變化;丙組各投料恰為基準的 2 倍,折回後配比 A : B = 1 : 2 與基準相同,屬於等比等效。此時平衡時各組分體積分數與轉化率與基準相同(α 仍為 60%),但平衡時各物質的量是基準的 2 倍(A = 0.80、B = 1.60、C = 2.40 mol),容器體積也約為基準的 2 倍,故濃度不變、Q 與 K 仍相等。判據寫「等比即可」是採分核心。(2) 甲組驗算:甲起始 C = 2.00、A = B = 0,反應逆向進行。設生成 A 為 x mol,則 B = 2x、C = 2.00 − 2x。若等效成立,平衡應為 A = 0.40、B = 0.80、C = 1.20,即 x = 0.40 → 2.00 − 0.80 = 1.20 ✓。
代入平衡常數:K = (1.20)²/[0.40×(0.80)²] = 1.44/0.256 = 5.625,與題1 由基準求出的 K 完全一致 ✓。同一溫度下 K 只由溫度決定,與從哪邊投料無關,這正是等效平衡成立的深層原因。
(也可反向驗:若逆向進行到底的極限是 A=1.00、B=2.00、C=0,與基準起始狀態完全相同,故必達同一平衡態。兩路任選其一,都寫更穩。)
(3) 對照說清:
| 條件 | 折回後要求 | 平衡時相同 | 平衡時可不同 |
|---|---|---|---|
| 恆溫恆容(Δn≠0) | 各物質的量與基準完全相同 | 各組分物質的量、濃度、體積分數、轉化率 | — |
| 恆溫恆壓 | 各物質的量之比與基準相同 | 體積分數、轉化率、各組分濃度 | 各組分物質的量、容器總體積(成比例) |
補一句特例:若反應前後氣體分子數相等(Δn = 0),恆溫恆容下等比投料也等效,這是判據裡最容易漏的例外。
答案 (1) 等效(恆溫恆壓為等比等效,配比 1:2 相同,α 仍 60%,物質的量為基準 2 倍);(2) 甲逆向至 A=0.40/B=0.80/C=1.20 代入 K=5.625 與基準一致;(3) 恆容要求全同、恆壓要求等比;恆壓時物質的量與體積可成比例不同,Δn=0 時恆容等比亦等效。
採分點 恆溫恆壓判據 2 分;丙等效判定 1 分;體積/物質的量成比例說明 2 分;甲組逆向三段式 2 分;K 回代一致 2 分;對照表兩行各 1 分;Δn=0 特例 1 分。
易錯點 把恆溫恆壓也判成「必須完全相同」;認為等效就是「各物質的量相等」(恆壓下可成比例);甲組驗算時把 2C→A+2B 的係數寫錯;忘記 K 只由溫度決定,誤以為換投料方向 K 會變;漏掉 Δn=0 的特例。
三、規律小結與對照表
| 條件 | 判據(折回同一邊後) | 本題結論 |
|---|---|---|
| 恆溫恆容,Δn≠0 | 各物質的量與基準完全相同 | 甲、乙等效;丙不等效 |
| 恆溫恆壓 | 各物質的量之比與基準相同(等比) | 丙等效,α=60%,量為 2 倍 |
| 恆溫恆容,Δn=0 | 等比即等效 | 特例,須單獨記 |
| 折回方法 | 2C → A + 2B(極值等量代換) | 甲→1.00/2.00/0;乙→1.00/2.00/0 |
| K 的性質 | 只由溫度決定 | 甲從產物端投料仍得 K=5.625 |
| 三段式 | 起始/轉化/平衡三行 | 基準 0.40 / 0.80 / 1.20 |
| 轉化率 | 基準 α(A)=α(B)=60% | 起始為計量比故相等 |
等效平衡不用背結論,只要做兩件事:先看清恆容還是恆壓,再把所有投料按計量數折回同一邊。恆容(Δn≠0)要「全同」,恆壓只要「等比」;最後用 K 回代一次,等效不成立時也能立刻看出來。本題反應式、濃度、常數與投料均為自編示意數據,全部經三段式回代驗證,不代表真實反應體系。
四、自測清單
- 動筆先圈條件:恆溫恆容 還是 恆溫恆壓;再看 Δn 是否為 0
- 折回用「極值等量代換」,係數按方程式(2C→A+2B)
- 恆容要求各物質的量全同;恆壓只要求配比相同
- 等效說的是平衡態等效,不是起始投料相等
- 用 K 只與溫度有關這一條做回代驗算
- 記住 Δn=0 時恆容等比也等效,別把特例漏掉