等效平衡的原理、實質、類型及應用

徐昭

在高中化學“選修4（化學反應原理）”化學平衡特征教學時，有一個重要的知識點——等效平衡。等效平衡是該節教學的難點，有關資料表述不多，理解困難，只有準確而全面地介紹等效平衡的原理、實質、類型及應用，才能使學生掌握該問題。

一、等效平衡的原理及實質

由于化學平衡狀態的建立與條件有關，而與建立平衡狀態的途徑無關。所以對于同一可逆反應，當起始投料方式不同時，在相同的反應條件（等溫等容或等溫等壓）下，無論從正反應開始還是從逆反應開始，或者從相應的反應中間某一時刻開始，經過足夠的時間，達到化學平衡狀態后，各組份的“含量對應相等”，此即等效平衡原理。顯然“含量對應相等”指的是達到平衡時各組份的“物質的量分數、氣體體積分數”等對應相等，這就是等效平衡原理的實質所在。

二、等效平衡的類型及應用

根據形成平衡的條件，可將等效平衡分為等溫等容下的等效平衡、等溫等壓下的等效平衡和等溫兩邊氣體分子數相等的等效平衡。

1.等溫等容下的等效平衡

在等溫等容下，對于任何一個可逆反應，不論以何種方式投料，只要轉化到與原始投料方式相同的物質上時，能與之“對應相等”，則可建立等效平衡，若不“對應相等”，則不是等效平衡。

舉例如下：

在一定溫度下，把2molSO2和1molO2通入一個容積固定的密閉容器中，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SO2、O2和SO3的物質的量（mol）。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=________，c=________；

（3）a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個只含a和c，另一個只含b和c）：________________。

解：根據等溫等容下的等效平衡原理，

（1）a=0，b=0得c=2；

（2）a=0.5得c=1.5，b=0.25；

（3）a+c=2；b+c/2=1。

2.等溫等壓下的等效平衡

在等溫等壓下，對于任意可逆反應，不論以何種方式投料，只要轉化到與原始投料方式相同的物質上時，能與之“對應成比例”，則可建立等效平衡，若不“對應成比例”，則不是等效平衡。

舉例如下：

在一個裝有催化劑的容積可變的密閉容器中，保持一定溫度和壓強，進行如下反應：N2+3H2=2NH3，已知加入1molN2和4molH2時，保持平衡時各組份的體積分數不變，對下列編號①～③的狀態，填寫表中的空白。

解：根據等溫等壓下的等效平衡原理，對于可逆反應N2+3H2=2NH3，當n（NH3）=0時，只要n（N2）/n（H2）=1/4時，所有的平衡都是等效平衡，所以：

①令平衡時n（NH3）=x，則1/1.5=a/x，得x=1.5amol；

②令n（N2）=x，n（H2）=y，由于n（NH3）=1mol，此狀態相當于起始時，n（N2）=（x+0.5）mol，n（H2）=（y+1.5）mol，n（NH3）=0mol，所以有1/（0.5+x）=4/（y+1.5）=a/0.5a，得x=0mol；y=0.5mol；

③令n（NH3）=x，此狀態相當于起始時，n（N2）=（m+x/2）mol，n（H2）=（n+3x/2）mol，n（NH3）=0mol，所以有（m+x/2）/（n+3x/2）=1/4，得x=2（n-4m）mol。

令平衡 時n（NH3）=y，則1/（m+x/2）=1/[m+2（n-4m）/2]=a/y，得y=a（n-3m）mol。

3.溫度一定，兩邊氣體分子數相等的等效平衡

對于反應前后氣體體積不變的可逆反應，只要溫度一定，不管是體積一定還是壓強一定，只要把反應混合物中各物質轉化到與原始投料方式相同的物質上時，能與之“對應成比例”，則可建立等效平衡，若不“對應成比例”，則不是等效平衡。

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（作者單位：貴州省都勻市第三中學）endprint