關于氣體的等同平衡

王韜強+張寶珠

由于化學平衡狀態與條件有關，而與建立的途徑無關，對于僅由氣體參加的同一可逆化學反應，從不同的狀態開始，只要達到平衡的條件（溫度、濃度、壓強等）完全相同或部分相同，則可形成不同條件下的等同平衡。等同平衡可分為：全等平衡、等效平衡和相似平衡三種，三種平衡的等同程度依次減小。

一、全等平衡

1.概念：

對于從不同起點起始的反應前后氣相物質的化學計量數不相等（ΔVg≠0)的同一可逆化學反應，同溫、同體積下分別達到平衡后，平衡混合物中各對應組分的百分含量（或體積分數或濃度）對應相等，這樣的平衡互為全等平衡。

2.建立條件：恒溫、恒容及反應前后ΔVg≠0。

3.解決辦法：原料換算成相同一邊物質表示時物質的量對應相等。

4.結果：形成了一模一樣的平衡，兩次平衡時各組分的百分含量、體積、物質的量、濃度均相同；它體現了化學平衡狀態的建立與方向（正向、逆向或雙向）無關。

例1 在一定溫度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一個一定容積的密閉容器里，發生如下反應：

2SO2+O22SO3

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SO2,O2,SO3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體積分數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（請用兩方程式表示，其中一個只含a和c，另一個只含b和c）。

解析 恒溫、恒容下，要使上述兩次平衡時各組分的體積分數完全相同有兩種情況：一種是二者為全等平衡關系；第二種情況平衡時各組分濃度（或物質的量）成倍數；但成倍數的話相當于把原平衡加壓或減壓，平衡就會移動那么體積分數就不可能完全相同。也就是說只能是全等平衡。采用折算法得結果。

答案：（1）c=2 (2)b=0.25 c=1.5 

(3)a+c=2 2b+c=2

二、等效平衡

1.概念：從不同起點起始的任何氣相物質參加的同一可逆化學反應（反應前后氣相物質的化學計量數可相等也可不相等），同溫、同壓條件下分別達到化學平衡后，平衡混合物中各對應組分的百分含量（或體積分數或濃度）對應相等，這樣的平衡叫等效平衡。

2.建立條件：恒溫、恒壓（體積可變的容器一般都認為是恒壓）。

3.解決辦法：原料換算成相同一邊物質表示時物質的量對應等比例。

4.結果：建立的平衡規模不一樣，兩次平衡時各組分的百分含量、濃度均相同；體積、物質的量不相等但同比例變化（比值≠1否則就為全等平衡）。

例2 在一定溫度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一個容積可變的恒壓密閉容器里，發生如下反應：2SO2+O22SO3。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?，F在該容器中，維持溫度不變，令a,b,c分別代表初始加入SO2,O2,SO3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體積分數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。

解析 上述為等效平衡關系，采用折算成比例法：原料一邊倒后，對應量與起始量的比值相等

答案：（1）c>0任意值；（2）b=0.25,c≥0任意值；（3）a/b=2,c>0任意值

三、相似平衡

1.概念：對于從不同起點起始的反應前后氣相物質的化學計量數相等（Δn（g）=0）同一可逆化學反應，分別達到平衡后，溫度相同且平衡混合物中各對應組分的百分含量（物質的量分數或氣體的體積分數）對應相等，這樣的平衡叫相似平衡。如在恒溫恒容下，對于反應前后氣體體積不變的可逆反應，原料一邊倒后，只要反應物（或生成物）的物質的量之比與原平衡相同，則兩平衡為相似平衡。

2.建立條件：恒溫、反應前后Δn（g）=0。

3.解決辦法：原料換算成相同一邊物質表示時物質的量對應成比例。

4.結果：兩次平衡中各對應組分的百分含量（物質的量分數或氣體的體積分數）對應相等，物質的量、濃度同比例變化。

例3 在一個固定容積的密閉容器中，保持一定的溫度進行以下反應：

H2(g)+Br2(g)2HBr(g)

已知加入1 mol H2和2 mol Br2時，達到平衡后生成a mol HBr（見下表已知項），在相同條件下，且保持平衡時各組分的體積分數不變，對下列編號①~③的狀態，填寫下表中的空白。起始狀態時物質的量n(mol)

H2Br2HBr

120平衡時HBr的物質的量n(mol)a

①240

②10.5a

③mg(g≥2m)

解析 在定溫、定容下，H2(g)+Br2(g)2HBr(g)建立起化學平衡狀態，從化學方程式可以看出，這是一個化學反應前后氣體分子數相等的可逆反應。根據“等價轉換”法，通過反應的化學計量數之比原料換算成相同一半邊物質表示時物質的量對應成比例，則達到平衡后與原平衡為相似平衡。相當于把原平衡加壓或減壓平衡不移動。答案：①2a ②0、0.5 ③2(g-2m)、a(g-m)。

(收稿日期： 2014-01-06)