化學(xué)平衡：向左還是向右？

顏建河

化學(xué)平衡狀態(tài)的判定是歷年高考的重點(diǎn)，在高考復(fù)習(xí)中，考生需要明確達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志，并能理解化學(xué)平衡的判定途徑及解題對(duì)策。以下為幾條判斷平衡狀態(tài)的途徑。

途徑之一：正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等

1.反應(yīng)體系中，同一反應(yīng)物或同一生成物的生成速率與消耗速率相等，使這種物質(zhì)的濃度保持不變，則反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。這是化學(xué)平衡的實(shí)質(zhì)。

2.反應(yīng)體系中，若某反應(yīng)物的正反應(yīng)速率與某生成物的逆反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式的計(jì)量數(shù)之比，則可以推斷該反應(yīng)物（或生成物）的正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。

3.反應(yīng)體系中，若同一物質(zhì)的斷裂化學(xué)鍵的物質(zhì)的量與形成化學(xué)鍵的物質(zhì)的量相等，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

例1 可逆反應(yīng)N2+3H22NH3的正、逆反應(yīng)速率可用各反應(yīng)物或生成物濃度的變化來表示。下列各關(guān)系中能說明已達(dá)到平衡狀態(tài)的是（）

A. 3v正（N2）=v正（H2）

B. v正（N2）=v逆（NH3）

C. 2v正（H2）=3v逆（NH3）

D.v正（N2）=3v逆（H2）

分析與解答：選項(xiàng)A、D不是針對(duì)同一反應(yīng)物，且反應(yīng)物與生成物的反應(yīng)速率不等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以不能說明反應(yīng)已達(dá)平衡，錯(cuò)誤；選項(xiàng)B、C可從反應(yīng)物的正反應(yīng)速率與生成物的逆反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式的計(jì)量數(shù)之比進(jìn)行判定，即

v正（N2）∶v逆（NH3）=1∶2，v正（H2）∶v逆（NH3）=3∶2，所以選項(xiàng)C正確。

【答案】C

途徑之二：反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變

當(dāng)每一種反應(yīng)物和每一種生成物的物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的量、轉(zhuǎn)化率各自保持一定，則反應(yīng)達(dá)到平衡。

例2在一定溫度下，可逆反應(yīng)A（g）+3B（g）2C（g）達(dá)到平衡的標(biāo)志是（ ）

A. C的生成速率與C的分解速率相等

B.單位時(shí)間生成n molA，同時(shí)生成3n molB

C. A、B、C的濃度不再變化

D. A、B、C的分子數(shù)之比為1∶3∶2

分析與解答：選項(xiàng)A，同一種物質(zhì)的生成速率與分解速率相等，正確；選項(xiàng)B所指的是同一反應(yīng)方向，且不是針對(duì)同一反應(yīng)物，錯(cuò)誤；選項(xiàng)C，A、B、C的濃度不再變化，正確；選項(xiàng)D所指的是同一反應(yīng)方向，不能作為平衡判定的標(biāo)志，錯(cuò)誤。

【答案】A、C

途徑之三：特定類型可逆反應(yīng)的平衡判定訣竅

1. 對(duì)于A（g）+3B（g）2C（g）類型的可逆反應(yīng)，可從下面四點(diǎn)判定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)：

（1）當(dāng)體系中的總物質(zhì)的量不隨時(shí)間變化時(shí)， v正=v逆，則可判定反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。

（2）恒溫恒容時(shí)，體系的總壓強(qiáng)不發(fā)生變化，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。

（3）恒溫恒壓時(shí)，體系的總體積不發(fā)生變化，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。

（4）混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不發(fā)生變化，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。

2. 對(duì)于A（g）+B（g）2C（g）類型的可逆反應(yīng)，無論反應(yīng)從哪個(gè)方向進(jìn)行，或者已經(jīng)處于平衡狀態(tài)，體系中的總物質(zhì)的量、體系的總壓強(qiáng)都不發(fā)生變化，但v正不一定等于v逆，這種情況下不能確定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)。

例3某溫度下，在容積可變的容器中，反應(yīng)2A（g）+B（g）2C（g）達(dá)到平衡時(shí)，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4 mol、2 mol和4 mol。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量作如下調(diào)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

分析與解答：在恒溫恒壓下，當(dāng)體系物質(zhì)的量之比不變時(shí)，該平衡是不移動(dòng)的，可排除選項(xiàng)A、B； A、B和C各增加（或減少）1 mol，相當(dāng)于增大（或減小）反應(yīng)物B的量，則平衡右移（或左移），選項(xiàng)C正確。

【答案】C

3. 同一可逆反應(yīng)，從不同的狀態(tài)開始，只要達(dá)到平衡時(shí)條件（溫度、壓強(qiáng)、濃度等）完全相同，則可形成等效平衡。

（1）對(duì)于一個(gè)可逆反應(yīng)，只要條件固定，可逆反應(yīng)無論從正反應(yīng)還是從逆反應(yīng)開始，平衡時(shí)反應(yīng)混合物中各組分的濃度保持不變。

（2）若可逆反應(yīng)是從某種中間狀態(tài)開始，則可根據(jù)化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，將生成物的濃度換算成反應(yīng)物的消耗濃度，推算出反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)物的濃度。

（3）若兩次反應(yīng)開始時(shí)的條件完全相同，則反應(yīng)可達(dá)到同一平衡狀態(tài)，即平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度相同。

（4）對(duì)于xA（g）+yB（g）zC（g）+wD（g）（起始量為n molA和m molB）的可逆反應(yīng)來說，依據(jù)“起始量=剩余量+轉(zhuǎn)化量”關(guān)系，只要各物質(zhì)量的關(guān)系符合下列等式，反應(yīng)都可達(dá)到與上述平衡相同的狀態(tài)，即：

①n（A） +n（C）=n；②n（B）+n（D）=m；③n（A）+n（D）=n；④n（B）+n（C）=m。

例4在一個(gè)固定體積的密閉容器中加入2 molA和1 molB，發(fā)生反應(yīng)2A（g）+B（g）3C（g）+D（g），達(dá)到平衡時(shí)，C的濃度為W mol·L-1。若維持容器的體積和溫度不變，按下列4種方法改變起始物質(zhì)，達(dá)到平衡后C的濃度仍為W mol·L-1的是（）

A. 4 molA+2 molB

B. 2 molA+1 molB+3 molC+1 molD

C. 3 molC+1 molB+1 molD

D. 3 molC+1 molD

分析與解答：在相同條件下，可逆反應(yīng)無論從正反應(yīng)還是逆反應(yīng)開始，都能達(dá)到相同的平衡狀態(tài)。利用極值法，假設(shè)A、B100%轉(zhuǎn)化（其實(shí)不可能），生成3 molC和1 molD，由此可知從（2 molA+1 molB）開始反應(yīng)與從（3 molC+1 molD）開始反應(yīng)是一樣的，即只要滿足n（A）+2/3n（C）=2 和n（B）+n（D）=1或n（A）+2n（D）=2 和n（B）+1/3n（C）=1的條件，就符合題意。選項(xiàng)A，從反應(yīng)物開始轉(zhuǎn)化，相當(dāng)于增大反應(yīng)物的濃度，平衡向右移動(dòng)，不符合題意；選項(xiàng)B，從產(chǎn)物開始轉(zhuǎn)化，相當(dāng)于增大反應(yīng)物濃度，平衡向右移動(dòng)，不符合題意；選項(xiàng)C，從產(chǎn)物開始轉(zhuǎn)化，相當(dāng)于增大反應(yīng)物B的濃度，平衡向右移動(dòng)，不符合題意；選項(xiàng)D，從產(chǎn)物開始轉(zhuǎn)化，與起始反應(yīng)物投料等效，平衡不移動(dòng)，D正確。

【答案】D

例5在一定溫度下，把2 molSO2和1 molO2通入一個(gè)固定容積的密閉容器里，發(fā)生如下反應(yīng)：2SO2+O22SO3。當(dāng)此反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)維持該容器中溫度不變，令a、b、c分別代表初始加入的SO2、O2和SO3的物質(zhì)的量，如果a、b、c取不同的數(shù)值，它們必須滿足一定的相互關(guān)系，才能保證達(dá)平衡時(shí)，反應(yīng)混合物中的三種氣體的百分含量仍跟上述平衡完全相同。請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

（1）若a=0，b=0，則c=_____。

（2）若a=0.5，則b=_____，c=______。

（3）a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請(qǐng)用兩個(gè)方程式表示，其中一個(gè)只含a和c，另一個(gè)只含b和c）_________________。

分析與解答：根據(jù)化學(xué)平衡的特征可知，相同條件下的可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，從反應(yīng)物開始或從生成物開始都是相同的。從這一原理出發(fā)，假定所加入的各物質(zhì)都完全反應(yīng)（用極限轉(zhuǎn)換法，即將反應(yīng)極端地視為不可逆反應(yīng)，從而求出某物質(zhì)的量的極大值或極小值），恢復(fù)到反應(yīng)物的初始狀態(tài)，再應(yīng)用“等量代換”的方法得到答案。

根據(jù)題意知，原平衡是由2 molSO2和1 molO2開始的，倘若反應(yīng)從逆反應(yīng)開始，就需在同樣大小的容器加入2 molSO3，因?yàn)? molSO3完全分解將生成2 molSO2和1 molO2，與原來完全相同。從反應(yīng)材料看，原來容器中是2 molSO2和1 molO2，共有2 molS，6 molO；從逆反應(yīng)看，2 molSO3中也包含了2molS，6 molO。則有：

（1）若a=0，b=0，則反應(yīng)從生成物開始，要達(dá)到相同的平衡狀態(tài)，c必須等于2。

（2）若a=0.5，且a∶b=2∶1，則b=0.25 mol， 0.5 molSO2與0.25 molO2完全反應(yīng)，相當(dāng)于0.5 molSO3完全分解，則容器中充入SO3的量應(yīng)為c=（2 mol-0.5 mol）=1.5 mol。

（3）從題給可逆反應(yīng)及題中條件得出如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：

2SO2 + O22SO3

起始態(tài)物質(zhì)的量（mol）210

中間態(tài)物質(zhì)的量（mol）abc

變化量（mol）cc/2 c

根據(jù)上述關(guān)系可知，c molSO3分解，相當(dāng)于c molSO2、c/2 molO2反應(yīng)，則有a+c=2；又因a=2b， b+c/2=1，則可得2b+c=2。

【答案】（1）2

（2）0.25 mol1.5 mol

（3）a+c=2，2b+c=2