等效平衡的幾種典型解題模式的探討

龍中洪

化學平衡是高中化學的一個重要教學內容，在近十幾年來所涉及的各種版本中都得到了充分的體現，延續到目前的新課程改革，在實施的新課標中依舊占據著相當重要的地位和作用，也是歷年來高考的重點和熱點。等效平衡作為化學平衡中的難點，在一線的教學實踐中教師教得困難，學生學得艱難，整體表現在知識點和內容抽象難懂，造成的結果是學生在訓練及考試中準確率極低。就如何突破這一難點，讓學生便于掌握，并且能夠靈活應用，結合多年的高中化學教學經驗，我將等效平衡問題歸為了幾類典型的解題模式進行教學實踐，取得了較好教學的效果。

一、準確理解等效平衡的概念

1、概念

在一定的條件（恒溫恒容或恒溫恒壓）下，對同一個可逆反應，無論采取何種途徑，即反應無論從正反應方向開始還是從逆方向開始，無論是一次投料還是分步投料，只要最后達到平衡狀態是相同的，任何相同組分的含量（質量分數、體積分數、物質的量分數）是相同的，則這樣的化學平衡互稱為等效平衡。

2、概念的理解：

（1）外界條件相同：可以是①定溫、定容，②定溫、定壓。

（2）相同的平衡狀態：通常是指平衡混合物各組分的百分含量（指質量分數、體積分數、物質的量分數）相同，但各組分的物質的量、濃度可能不同。

（3）建立平衡狀態的途徑：

①可加入反應物，從正反應方向開始，也可加入生成物，從逆反應方向開始；

②可同時加入反應物和生成物，從正、逆反應方向同時開始；

③可以是一次投料，也可以是分步投料。

二、等效平衡的分類和判斷方法

1、定溫、定容條件下的等效平衡

（1）對于反應前后氣體分子數不相等的可逆反應

特點：兩次平衡時各組分的體積分數或物質的量分數、各組分的物質的量或物質的量濃度均相同。

判斷方法：若改變起始加入情況，只要通過可逆反應的化學計量數比換算成平衡式左右兩邊任一邊物質的物質的量與原平衡完全相同，則二平衡等效。

例題1 在一定溫度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一個一定容積的密閉容器里，發生如下反應：

2SO2+O2 2SO3

當此反應進行到一定程度時，反應混合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。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：

（2）對于反應前后氣體分子數不變的可逆反應

特點：兩次平衡時各組分百分含量相同，物質的量以及物質的量濃度同比例變化。

判斷方法：只要反應物（或生成物）的物質的量的比與原平衡相同，則二平衡等效。

例題2 在一固定容積的密閉容器中充入2molA和1molB，發生反應：2A（氣）+B（氣） xC（氣），達到平衡后，C的體積分數為W%。若維持容器體積和溫度不變，按0.6molA、0.3molB和1.4molC為起始物質，達到平衡后，C的體積分數仍為W%，則x值為（ ）

A、1 B、2 C、3 D、4

【解析】若反應前后氣體體積不變，則x=3，要保持C的體積分數不變，只需要起始狀態的物質的量之比不變，反應物的系數比為 n（A）：n（B）= 2：1，而0.6：0.3 = 2：1，C完全轉化成A和B生成的量之比總等于2：1，所以x=3成立。此種情況是等效平衡而不等同。

若反應前后氣體體積不相等，要保持C的體積分數不變，兩種情況的起始量必須相等，1.4molC必須轉化為1.4molA和0.7molB，所以x=2成立。此種情況是等同平衡，也一定等效。本題正確答案為B、C。

2、定溫、定壓條件下的等效平衡（體積可變或體積不變的反應）

特點：兩次平衡時各組分百分含量、物質的量濃度相同，物質的量同比例變化

判斷方法：若改變起始加入情況，只要通過可逆反應的化學計量數比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質的物質的量之比相同。

【解析】對于一般的可逆反應，在恒溫恒壓條件下，只要按化學計量數換算成平衡式左右兩邊同一邊物質的物質的量之比與原平衡相同，則達平衡后，與原平衡等效。

①因為從題干可知n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，所以①狀態下n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1.5：6：1.5a。

②起始狀態時，有1mol NH3，則相當于起始時有N2和H2分別為0.5mol和1.5mol，按n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，可得②狀態時n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=0.5：2：0.5a，所以原有N2和H2分別為0和0.5mol。

注意：上述三種情況的等效均指的是平衡混合物中各組分的百分含量保持不變。實際上三種等效是有差別的，定溫、定容條件下的等效平衡是絕對等效（包括濃度、密度、平均相對分子質量都相等），而后兩種情況則是物質的量存在倍數的關系。

規律總結：對于氣體參加的可逆反應，在溫度恒定的條件下，涉及體積與壓強以及平衡移動有關判斷的問題時，可設計一些等效平衡的中間狀態來進行求解。這樣能降低思維的難度，變難為易、變抽象為直觀，使學生在學習的過程中更容易理解、掌握和應用。