淺析化學(xué)平衡中的等效平衡

一、什么是等效平衡

所謂等效平衡就是指可逆反應(yīng)從兩個(gè)不同的起始狀態(tài)開始，達(dá)到平衡時(shí)兩個(gè)體系中對(duì)應(yīng)組分的百分含量均相同，這兩個(gè)平衡互稱為等效平衡。一般認(rèn)為在以下三種情況下可逆反應(yīng)可達(dá)到等效平衡。

1.在定溫定容時(shí)，對(duì)于所有的可逆反應(yīng)，若起始加入情況不同，但轉(zhuǎn)化為反應(yīng)方程式同一邊物質(zhì)后對(duì)應(yīng)物質(zhì)的物質(zhì)的量均相同，則可達(dá)到等效平衡。

2.在定溫定壓時(shí)，對(duì)于所有的可逆反應(yīng)，若起始加入的量不同，但轉(zhuǎn)化為方程式同一邊物質(zhì)后各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比，則可達(dá)到等效平衡。

3.在定溫定容時(shí)，對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等的反應(yīng)，若起始加入情況不同，但轉(zhuǎn)化為反應(yīng)方程式同一邊物質(zhì)后各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比，則可達(dá)到等效平衡。

二、等效平衡的建立和特征

條件:兩反應(yīng)體系的溫度、容積(或溫度、壓強(qiáng))完全相同，且參加反應(yīng)的各種物質(zhì)的量也必須相等(或?qū)?yīng)成比例)。

特征:由同一可逆反應(yīng)建立的兩個(gè)氣態(tài)化學(xué)平衡體系，外界條件溫度、壓強(qiáng)(或溫度、容積)完全相同，平衡混合物中各物質(zhì)的百分含量對(duì)應(yīng)相等(或各物質(zhì)的量對(duì)應(yīng)相等)。

三、等效平衡規(guī)律

1.無(wú)論在恒溫、恒壓或恒溫、恒容下，只要起始加入物質(zhì)的物質(zhì)的量相同，則平衡時(shí)，每種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度和百分含量都對(duì)應(yīng)相同，即兩平衡完全相同，是等同平衡。

2.在恒溫、恒壓下，改變起始時(shí)加入物質(zhì)的物質(zhì)的量，只要按化學(xué)計(jì)量數(shù)換算成反應(yīng)方程式同一邊的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則達(dá)平衡后與原平衡等效。平衡時(shí)每種物質(zhì)的百分含量對(duì)應(yīng)相同，物質(zhì)的量等倍數(shù)地增大或減小。

3.在恒溫、恒容下，①對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，只要反應(yīng)物(或生成物)的物質(zhì)的量的比值與原平衡相同，兩平衡等效。平衡時(shí)每種物質(zhì)的百分含量對(duì)應(yīng)相同，各物質(zhì)的量等倍數(shù)地增大或減小。②對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的可逆反應(yīng)，只改變起始時(shí)加入物質(zhì)的物質(zhì)的量，如通過(guò)化學(xué)計(jì)量數(shù)換算成反應(yīng)方程式同一邊的物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同，則兩平衡等同。

四、如何應(yīng)用等效平衡

先看條件，后判斷。若為定溫定壓則只需轉(zhuǎn)化后各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比即可判定為等效平衡;若為定溫定容，則看反應(yīng)前后氣體分子數(shù)，若反應(yīng)前后氣體分子數(shù)相等，也只需轉(zhuǎn)化后各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比即可達(dá)到等效平衡;若反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不等，則轉(zhuǎn)化后各物質(zhì)的物質(zhì)的量必須相同才能達(dá)到等效平衡。

【例1】 恒溫下，在一個(gè)密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng):A(g)+3B(g)=2C(g)

(1)若容器的容積可變，反應(yīng)在恒壓下進(jìn)行。開始時(shí)放入物為1molA和3molB(記為反應(yīng)甲)，結(jié)果到達(dá)平衡后，生成了amolC，且C在平衡混合物中的體積分?jǐn)?shù)為ε。若開始時(shí)放入0.5molA，xmolB和ymolC(記為反應(yīng)乙)，到達(dá)平衡后要使C在平衡混合中的體積仍為ε(A、B的體積分?jǐn)?shù)也對(duì)應(yīng)相等，下同)則x= ，y= ，平衡時(shí)C的物質(zhì)的量是a的 倍。

(2)若容器的容積恒定，開始時(shí)放入1molA和3molB(記為反應(yīng)丙)，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)也為ε，則容器的容積比反應(yīng)甲的起始體積 (選填“大”、“小”、“相等”)。若開始時(shí)放入物是0.5molA，wmolB，zmolC(記為反應(yīng)丁)，達(dá)平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)仍為ε，則w= ，z= 。

解析:相同的容器中發(fā)生的兩次可逆反應(yīng)，若起始物質(zhì)的組成不相同，但最后的平衡態(tài)組成相同，則此兩組起始物就是“等效投料”。等效投料的平衡過(guò)程常稱為等效平衡。分恒容與恒壓兩種情況，判斷兩組起始物是否“等效”的方法是:

首先，根據(jù)化學(xué)方程式，把投料中的生成物假設(shè)完全發(fā)生逆反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成反應(yīng)物，并與直接投入的同種反應(yīng)物的物質(zhì)的量相加，作為該反應(yīng)物的起始量。這一步謂“轉(zhuǎn)并”。

然后對(duì)不同次“轉(zhuǎn)并”后的投料“起始量”進(jìn)行比較，得出是否“等效”的結(jié)論。其規(guī)律是:

對(duì)恒壓容器(容積可變)，只要兩次投料中各物質(zhì)的物質(zhì)的量(“轉(zhuǎn)并”后)之比相等，則平衡混合物的百分組成也相同。但這種“等效”的兩平衡體系，混合物的總量并不相同，平衡總物質(zhì)的量之比等于起始物質(zhì)的物質(zhì)的量(“轉(zhuǎn)并”后的)之比。

對(duì)恒容容器，則要求兩次投料(“轉(zhuǎn)并”后)完全相同才能使平衡態(tài)時(shí)混合物的百分組成相同。這時(shí)兩平衡體系的總物質(zhì)的物質(zhì)的量也相等。

本題(1)是恒壓容器，為使反應(yīng)甲、乙的投料比例相等，即乙的投料要符合n(A)∶n(B)=1∶3，x應(yīng)該取1.5mol，而y可以是任意值。反應(yīng)乙的投料總量(“轉(zhuǎn)并”后)是反應(yīng)甲的(y+1)/2倍，故平衡時(shí)C的物質(zhì)的量是a的(y+1)/2倍。

本題(2)是恒容反應(yīng)。由題意可知，反應(yīng)丙的平衡態(tài)與反應(yīng)甲的平衡態(tài)完全相同，所以丙的容積應(yīng)與甲的平衡體積相同。由于甲的容積在反應(yīng)過(guò)程中是減小的，平衡時(shí)最小，故反應(yīng)前比丙的容積大。反應(yīng)丁的平衡和反應(yīng)丙的平衡是恒容下的等效平衡，必須符合投料(經(jīng)“轉(zhuǎn)并”后)完全相同的條件。故有n(z)=1mol，n(w)=1.5mol。

(責(zé)任編輯 廖銀燕)