淺析化學(xué)平衡中的等效平衡

【摘 要】化學(xué)平衡知識(shí)是基本理論中的重要組成部分，也是歷年高考中的必考內(nèi)容，其中的等效平衡規(guī)律又在化學(xué)平衡中占有重要地位。

【關(guān)鍵詞】等效平衡 規(guī)律 應(yīng)用

化學(xué)平衡是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容，也是每年高考的重點(diǎn)考查內(nèi)容。但由于其內(nèi)容較抽象，命題也往往比較靈活，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中往往陷入迷茫，解題時(shí)也顧此失彼。因此化學(xué)平衡成為了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，如何來(lái)突破這個(gè)難點(diǎn)呢？本人認(rèn)為關(guān)鍵在于以下兩點(diǎn)：一是掌握外界因素對(duì)化學(xué)平衡的影響；二是建立等效平衡觀念。下面就重點(diǎn)談?wù)劦刃胶狻?/p>

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(kāi)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(chēng)為等效平衡。那么如何才能達(dá)到等效平衡呢？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），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. 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)換算成同一半邊的物質(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. 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，物質(zhì)的量等倍數(shù)的增大或減小。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)換算成同一半邊的物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同，則兩平衡等同。

四、等效平衡應(yīng)用及舉例

先看條件：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，則必須轉(zhuǎn)化后各物質(zhì)的物質(zhì)的量相同才能達(dá)到等效平衡。

【例】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(kāi)始時(shí)放入物為1 mol A和3mol B（記為反應(yīng)甲），結(jié)果到達(dá)平衡后，生成了a mol C，且C在平衡混合物中的體積分?jǐn)?shù)為ε。若開(kāi)始時(shí)放入0. 5 mol A，x mol B和y mol C（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(kāi)始時(shí)放入1mol A和3 mol B（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(kāi)始時(shí)放入物是0. 5 mol A，w mol B，z mol C（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：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。這一步簡(jiǎn)稱(chēng)之謂“轉(zhuǎn)并”。然后對(duì)不同次投料經(jīng)“轉(zhuǎn)并”后的“起始量”進(jìn)行比較，得出是否“等效”的結(jié)論。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)的量之比。

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. 5 mol，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，必符合投料（經(jīng)轉(zhuǎn)并后）完全相同的條件。故有n（z）=1 mol， n（w） = 1.5 mol 答案：（1） x=1.5 mol，y = 任意摩，一定范圍，（y+1）/2 （2） 小，w = 1.5 mol ，z = 1 mol

總之，等效平衡實(shí)際上可分為三小塊進(jìn)行分析，在深入理解等效平衡原理的基礎(chǔ)上，在實(shí)際解題中也可依據(jù)其口訣“等壓比相等；等容量相等，但若系（氣體系數(shù)）不變，可為比相等”簡(jiǎn)化分析過(guò)程，提高解題速度。