四法巧解化學平衡

化學平衡，考什么？

化學平衡是高中化學的重點、難點，更是高考的熱點，但考查難度在降低，綜合性增強。

新高考對化學平衡的考查有四大新趨向：

（1）化學平衡原理。

①通常根據氣體密度、某組分轉化率、某組分濃度、混合氣體顏色、物質反應速率之比等判斷可逆反應在一定條件下是否達到平衡狀態。

②有關濃度、轉化率、物質的量、相對分子質量的簡單計算。

③改變條件，判斷化學平衡移動方向。

④化學平衡常數表達式的書寫與計算。

（2）用化學平衡原理和反應速率解決實際化工問題，從化學反應速率和化學平衡角度分析化工生產條件的選擇。如用化學平衡原理解釋自然界的礦物、巖石的成因和變化。

（3）繪制化學反應速率圖像，如溫度、壓強、催化劑、反應物濃度與反應速率的關系圖。注意由一次平衡向多次平衡拓展。

（4）新課標卷將化學平衡、電化學、電解質溶液、熱化學等融合起來考查。平衡常數的運用是新課標高考命題的熱點之一。

（5）基本的解題計算方法，如一邊倒法、三態法、構造法等。

一、一邊倒法

一邊倒法又稱為進退法，是一個虛擬的過程，即在堅持可逆反應各物質“不為0”原則的基礎上，假設反應物完全變成生成物，或生成物完全變成反應物，全部倒向一邊。這種方法主要用于“可逆反應”中反應物、產物濃度范圍的判斷，不能得出具體值。

使用步驟：

第一步：將全部反應物（或其中一種反應物）完全轉化成產物，得出產物濃度的最大值、反應物濃度的最小值。

第二步：將全部產物（或其中一種產物）完全轉化成反應物，得到反應物濃度的最大值、產物濃度的最小值。

第三步：確定反應物和產物的范圍。可逆反應中，任何一種物質的濃度應介于最大值和最小值之間。

注意：①如果兩種反應物不能全部轉化成生成物（或生成物不能全部轉化成反應物），應選擇量較少的物質轉化。

②當一種產物完全轉化為反應物時，反應物的量最大；當一種反應物全部轉化成產物時，剩余反應物的量最小。根據平均值原理，反應物的濃度應介于最大值與最小值之間。

例1 在密閉容器中進行如下反應：X（g）+Y（g） 2 Z（g）。已知X、Y、Z的起始濃度分別為 0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L，在一定條件下，當反應達到平衡時，各物質的濃度有可能是（ ）

A. Z為0.3 mol/L B. Y為0.35 mol/L

C. X為0.2 mol/L D. Z為0.4 mol/L

解析:

X + Y 2Z

始態（mol/L）： 0.1 0.3 0.2

完全倒向右邊（mol/L）： 0 0.2 0.4

完全倒向左邊（mol/L）： 0.2 0.4 0

根據平均值原理，實際反應的任意時刻：0＜ c（X）＜0.2 mol/L， 0.2 mol/L＜c （Y）＜0.4 mol/L，0＜c （Z）＜0.4 mol/L。

Z不可能為0 mol/L，所以X不可能為0.2 mol/L，C錯誤；X也不可能為0 mol/L，所以Z不可能為0.4 mol/L，D錯誤； Y＜0.4 mol/L， Z＜0.4 mol/L，所以A、B正確。

答案：A、B

二、三態法

對于可逆反應，從起始狀態到化學平衡狀態要經過起始、變化、平衡這三種狀態，根據這三種狀態列出反應物（或生成物）的量（物質的量或濃度），寫出關系式，即可迅速解答化學平衡計算題，這種方法稱為三態法。

“三態法”適用于所有可逆反應的相關計算，其使用步驟是：

（1）先寫可逆反應方程式，明確題目中的條件，如起始投料物質的量、濃度等。

（2）列出起始量、變化量（或轉化量）、某時間的量（或平衡量）。

（3）最后根據題目條件，將平衡量或轉化量與平均相對分子質量、密度、某成分濃度、某成分的轉化率等聯系起來，列方程求解。

解答這類計算題的一般模式如下：

已知反應mA（g）+nB（g） pC（g）+qD（g），令A、B起始的物質的量分別為a mol、b mol，達到平衡后，A的物質的量變了mx mol。

列式：

m A（g） + n B（g） p C（g） + q D（g）

起始量（mol）： a b 0 0

變化量（mol）：mx nx px qx

平衡量（mol）：a－mx b－nx px qx

關系式：

對于反應物：n（平）＝ n（始）－ n（變）；

對于生成物：n（平）＝ n（始）+ n（變）。

注意：可運用PV＝nRT，確定物理量間的變化關系。

例2 已知可逆反應：M（g）+N（g） P（g）+ Q（g）；△H ＞0。請回答下列問題：

（1）在某溫度下，反應物的起始濃度分別為： c（M） ＝1 mol·L－1， c（N）＝2.4 mol·L－1。達到平衡后，M的轉化率為60%，此時N的轉化率為 。

（2）若反應溫度升高，M的轉化率 （填“增大”、“減小”或“不變”）。

（3）若反應溫度不變，反應物的起始濃度分別為：c（M）＝4 mol·L－1， c（N）＝a mol·L－1。達到平衡后，c（P）＝2 mol·L－1，a ＝ 。

（4）若反應溫度不變，反應物的起始濃度為： c（M）＝c（N）＝b mol·L－1，達到平衡后，M的轉化率為 。

解析：（1）本題考查化學平衡轉化率的計算和平衡移動原理等知識，三處用到了三態法。

M（g） + N（g） P（g） + Q（g）

起始濃度（mol·L－1）： 1 2.4 0 0

濃度變化（mol·L－1）： 0.6 0.6 0.6 0.6

平衡濃度（mol·L－1）： 0.4 1.8 0.6 0.6

（N）＝ ×100%＝25%。

（2）該可逆反應正反應為吸熱反應，升高溫度平衡向吸熱反應方向進行，所以M的轉化率增大。

（3）溫度不變，平衡常數不變，根據（1）可以求出平衡常數。

M（g） + N（g） P（g） + Q（g）

起始濃度（mol·L－1）： 4 a 0 0

濃度變化（mol·L－1）： 2 2 2 2

平衡濃度（mol·L－1）： 2 a－2 2 2

， 。

（4）溫度不變，平衡常數仍為0.5。

M（g） + N（g） P（g） + Q（g）

起始濃度（mol·L－1）： b b 0 0

濃度變化（mol·L－1）：

平衡濃度（mol·L－1）：

解得， α＝41%。

答案：（1）25% （2）增大 （3）6 （4）41%

三、構造法

構造法就是利用“等價”“替代”“假想”“隔離”等思維方式，將難直接解答的問題構造為另一類“等價”的較易解決的問題。對于有些等效平衡的題目，先構造一個定溫定壓條件下的等效模型，再將它們合二為一，根據壓強的變化判斷化學平衡的移動方向，可以簡單快速地解決問題。

構造法適用于可逆反應中改變一個條件時，比較改變條件前后某物質濃度的變化、轉化率等。

構造假想模型的方法是：

第一步：列出可逆反應體系涉及的條件（溫度、壓強、濃度等），判斷哪些物理量不變，哪些發生變化。

第二步：將變化后的體系設計成與起始體系中物質濃度完全相同的假想體系。

第三步：根據平衡移動原理，分析由“假想模型”轉化為“終態反應模型”的條件，并判斷平衡移動方向以及對物理量（濃度、轉化率等）的影響。

注意：設計的假想模型與原始模型必須具有可比性，即只有可逆反應相同，起始投入物質的濃度（不是物質的量）完全相等的體系才能稱為等效體系。

例3 在一真空密閉容器中盛有n molPCl5，在200℃時發生如下反應：PCl5（g） PCl3（g）+ Cl2（g）。

反應達到平衡時，PCl3（g）所占的體積分數為M%。若在同一溫度下，同一容器中，最初投入的是2n mol PCl5，反應達平衡時，PCl3（g）的體積分數為N %，則M和N 的關系是（ ）

A. M＞N B. N＞M C.M＝N D.無法比較

解析：構造等效模型分析可速解。

答案：A

四、三句話巧記巧解等效平衡

什么是等效平衡？

（1）定溫定容條件下，各物質起始物質的量相同（或用一邊倒法換算后相同），則等效。

（2）定溫定容條件下，系數相等時，物質的量成比例則等效。如定溫定容條件下，對于aA（g）+bB（g） （a+b）C（g）的反應，左邊系數之和等于右邊系數之和，則只要物質的量成比例（含相同）則等效。又如：

H2（g）+I2（g） 2HI（g）

起始投料1（mol）： 1 1 0

起始投料2（mol）： 4 4 0

起始投料3（mol）： 0.5 0.5 0

將投料2容器擴大至投料1容器的四倍，將投料3容器壓縮至投料1容器的一半，三種情況的起始投料濃度相等，但是，在體積變化過程中，平衡不移動，三情況達到等效平衡。

（3）定溫定壓條件下，物質的量成比例則等效。或者說某組成的濃度恒定則等效。 如：

N2（g）+ 3H2（g） 2NH3（g）

起始1（mol）： 1 3 0

起始2（mol）： 2 6 0

起始3（mol）： 0.5 1.5 0

三種情況下，平衡時氮氣的物質的量與起始投入氮氣的物質的量成正比，氮氣的轉化率相等；也可以說三種投料中同一種物質的濃度相等，能達到同一平衡狀態。

等效平衡用于比較同一可逆反應在不同條件的不同投料形式下，達到新平衡時某組分的百分含量。

運用等效平衡的步驟：

第一步：看。看反應物和產物的狀態、氣體分子數大小（注意：固態物質不影響平衡移動），區分等氣體分子數反應和不等氣體分子數反應。

第二步：挖。挖掘題目設置的條件，找出是“等溫等壓”還是“等溫等容”。

第三步：想。想等效平衡的判斷依據。

第四步：定。根據“依據”，運用等效平衡原理解決實際問題。如列式計算或判斷。

注意： “等效”指某成分的體積分數或物質的量分數相等，而不是濃度、物質的量相等。

例4 某溫度下，有一容積可變的容器中，反應2A（g）+B（g） 2C（g）達到平衡時，A、B和C的物質的量分別為4 mol、2 mol和4 mol。保持溫度和壓強不變，對平衡混合物中三者的物質的量做如下調整，可使平衡右移的是（ ）

A.均減半 B.均加倍

C.均增加1 mol D.均減少1 mol

解析：根據題意和“定溫定壓條件下，物質的量成比例則等效”構建和已知條件為等效平衡的四組平衡狀態如下表：

A與I相同，B與Ⅱ相同，均和已知條件為等效平衡，平衡不移動；C項為在Ⅲ條件下B的物質的量再增加0.5 mol，平衡右移，C項正確；D項為在Ⅳ條件下B再減少0.5 mol，平衡左移，不合題意。

答案：C