從2010 年高考江蘇卷第14 題看“等效平衡”問題的變遷

張 援

（蘇州大學附屬中學 江蘇 蘇州 215006 ）

“等效平衡”問題曾經是化學平衡中的熱點問題，這類問題的廣為流行可能始于1993 年全國高考化學卷中的第34 題，然而時隔17 年后，當“等效平衡”問題又一次在2010 年高考江蘇卷上出現時，還是令許多教師和考生感到意外，這似乎令人難以理解，但如果我們對“等效平衡”問題的發展過程進行一番回顧梳理， 也許對這類問題未來的走向能有一個清晰的判斷。

【1993 年高考全國卷·34】 在一定溫度下，把2molSO2和1molO2通入一個一定容積的密閉的容器里，發生如下反應：

當此反應進行到一定程度時， 反應混和物就處于化學平衡狀態。 現在該容器中， 維持溫度不變， 令a、b、c 分別代表初始加入的SO2、O2和SO3的物質的量（mol）。 如果a、b、c 取不同的數值，它們必須滿足一定的相互關系， 才能保證達到平衡時， 反應混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時的完全相同。 請填寫下列空白：

（1）若a＝0，b＝0，則c＝______。

（2）若a＝0．5，則b＝______和c＝______。

（3）a、b、c 取值必須滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個只含a 和c，另一個只含b 和c）：________________________。

答案：（1）c＝2 （2）b＝0．25 c＝1．5 （3）a＋c＝2 2b＋c＝2

在這之后“等效平衡”問題便頻頻出現在高考題中，其中江蘇卷中的“等效平衡”試題以其新穎獨特、 綜合全面給人耳目一新的感覺， 其中尤以2003 年高考題令人深刻印象。

【2003 年高考江蘇卷·26】I．恒溫、恒壓下，在一個可變容積的容器中發生如下發應：

A（g）＋B（g）?C（g）

（1）若開始時放入1molA 和1molB，到達平衡后，生成a molC，這時A 的物質的量為 mol。

（2）若開始時放入3molA 和3molB，到達平衡后，生成C 的物質的量為___mol。

（3） 若開始時放入x molA，2molB 和1molC，到達平衡后，A 和C 的物質的量分別是ymol 和3a mol，則x＝___mol，y＝___mol。 平衡時，B 的物質的量 （選填一個編號）

（甲）大于2 mol

（乙）等于2 mol

（丙）小于2 mol

（?。┛赡艽笥?、等于或小于2mol

作出此判斷的理由是______。

（4）若在（3）的平衡混合物中再加入3molC，待再次到達平衡后，C 的物質的量分數是______。

II．若維持溫度不變，在一個與（1）反應前起始體積相同、且容積固定的容器中發生上述反應。

（5）開始時放入1molA 和1molB 到達平衡后生成b molC。 將b 與 （1） 小題中的a 進行比較______（選填一個編號）。

（甲）a＜b （乙）a＞b

（丙）a＝b （丁）不能比較a 和b 的大小

作出此判斷的理由是_______________。

答案：（1）（1－a） （2）3a （3）2 3－3a 丁因y＝3－3a，若3a＞1，B 的物質的量小于2mol；若3a＝1，B 的物質的量等于2mol；若3a＜1，B 的物質的量大于2mol。

新課標開始實施以來，由于《化學反應原理》模塊中增加了“化學平衡常數”的內容，使得從定量的角度處理化學平衡問題有了理論上的依據，人們開始轉向用化學平衡常數去處理有關化學平衡的計算問題，認為“等效平衡”作為一類特定問題的特殊方法，完全可以被化學平衡常數所覆蓋。實際情況也正像人們所預料的那樣，近幾年來“等效平衡” 問題在高考和平時教學中見到的確實越來越少了。然而2010 年高考江蘇卷秉承其一貫傳統，再一次將“等效平衡”問題以全新的面貌展現在了我們面前。

【2010 年高考江蘇卷·14】在溫度、容積相同的3 個密閉容器中， 按不同方式投入反應物， 保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下（已知N2（g）＋3H2（g）＝2NH3（g） ΔH＝－92．4kJ·mol－1）

?

下列說法正確的是 （ ）

A．2 c1＞c3B．a＋b＝92．4

C．2 p2＜p3D．α1＋α3＜1

解：這是一個恒溫、恒容模型

解：這是一個恒溫、恒容模型

（1）c1與c3的關系

丙容器中起始投料相當于甲容器中起始投料的2 倍，在恒容的丙容器中相當于甲容器平衡后的體積壓縮至原來的一半，此時2c1＝c3，但平衡向正反應方向移動NH3的物質的量有所增加，有2c1＜c3。

（2）p2與p3的關系

丙容器中的平衡狀態相當于乙容器平衡后加壓，根據勒夏特列原理，平衡后丙容器中氣體的壓強比乙容器中的2 倍要小，即2p2＞p3。

（3）a 與b 的關系

甲容器與乙容器的平衡狀態相同， 甲容器中消耗掉N2和H2的物質的量，與乙容器中生成N2和H2的物質的量相等，因此兩個互為逆向過程的能量變化數值之和， 正好是該反應的反應熱 “數值”，即a＋b＝92．4。

（4）α1與α3的關系

注意，甲容器中的反應物是N2和H2，乙和丙容器中的反應物是NH3。 由乙容器與甲容器的平衡狀態完全相同得：α1＋α2＝1； 丙容器等效于甲容器加壓， 丙容器中NH3的轉化率比乙容器低，即α3＜α2，因此得出α1＋α3＜1 的結論。

答案：B D。

這確實是一道設計精到的好題！試題以可逆反應N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）作為問題平臺，依托轉化率、反應熱和壓強等數據對比，全面考查了考生對化學平衡的理解。 其中以正、逆兩個方向建立平衡時各自反應物轉化率間關系的角度命題，在以往的高考題中并不多見。要解答好這道題考生要明確兩點：一是不同方向建立的兩個完全相同的平衡狀態其反應熱“數值”之間的關系；二是不同方向建立的兩個完全相同的平衡狀態其反應物的轉化率之間的關系。其實體現本題解題思想的習題在平時的練習題中并不罕見，2010 年高考江蘇卷第14 題只是將這些解題思想巧妙的整合在一道試題中。 看看下列習題是不是有高考題的影子。

習題：可逆反應A（g） ＋3B（g）?2C（g）；ΔH ＜0。有甲、乙兩個容積相同且不變的密閉容器，向甲容器中加入1 molA 和3 molB， 在一定條件下到達平衡時放出熱量為Q1kJ； 在相同的條件下，向乙容器中加入2 molC 達到平衡后吸收熱量為Q2kJ，已知Q1＝3Q2。 下列敘述錯誤的是

A．甲中A 的轉化率為75%

B．甲、乙中C 的體積分數相同

C．平衡后再向乙中加入0．25 mol A、0．75 mol B、1．5 mol C，平衡向生成C 的方向移動

D．乙中的熱化學反應方程式為2C（g）?A（g）＋3B（g）；ΔH＝＋3Q2kJ·mol－1

從1993 年的全國卷到2010 年的江蘇卷，高考“等效平衡”問題無論是考查的深度、還是設問的角度都發生了很大的變化， 問題的綜合性和靈活性更強了。 但不論問題如何變化，在方法熟練、分析到位的情況下，“等效”思想具有的簡單高效、易于上手的優點， 自然成為大多數人解題時的首選， 人們還不愿意通過化學平衡常數的推導去解決這類問題，看來“等效平衡”仍然是現階段中學化學教學繞不開的問題。