例談等效平衡的構建與應用

江蘇師范大學附屬實驗學校(221011)

吳登運●

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例談等效平衡的構建與應用

江蘇師范大學附屬實驗學校(221011)

吳登運●

等效平衡是基于可逆反應的化學平衡狀態，指在一定條件下，化學反應中的正逆反應速率相等.教師可從全同等效平衡和相似等效平衡兩個角度對可逆反應的等效平衡進行構建與應用，幫助學生從多方位、多角度全面認識可逆反應的變化機理.

高中化學；等效平衡；變化機理

等效平衡是基于可逆反應的化學平衡狀態，指在一定條件下，化學反應中的正逆反應速率相等.從反應物與生成物在不同平衡途徑下達到的等效平衡可以分為全同和相似兩類，全同即各組織中的各類指標均相同，相似則指上述指標不完全相同的狀態.本文將結合等效平衡的實例訓練，對可逆反應的等效平衡進行構建與應用，幫助學生從多方位、多角度全面認識可逆反應的變化機理.

一、全同等效平衡

例1 某溫度下，將2mol SO2和2mol O2沖入密閉容器，加入催化劑并保持恒溫、恒容條件，達到平衡后SO3的體積分數為x.若將amol SO2、bmol O2、cmol SO3沖入容器中，達到平衡后使SO3的體積分數仍為x，則a、b、c之間應滿足何種關系？

解析 從可逆反應的平衡移動可知，當增大壓強或升高溫度，對應的平衡狀態就會發生改變.但只要上述反應條件不發生變化，則新反應與原反應必然是全同等效平衡反應.在本題中，由條件“保持恒溫恒容”可知，該反應的平衡狀態屬于全同等效平衡.此時，可以書寫出化學方程式，帶入化學數據.

t1:0 2mol 2mol 0

t2:0amolbmolcmol

此時，根據全同等效平衡的性質，當t1、t2狀態下達到平衡狀態時，化學反應中各組分的體積分數、濃度及物質的量均處于相同狀態.若要使加入催化劑后的反應達到平衡，且保持SO3的體積分數依然為x，根據起始反應狀態，可知a、b、c之間的關系為a+c=2mol、b+c/2=2mol.

全同等效平衡是一種較為容易計算的平衡類型，只需要遵守前后平衡狀態完全相同的法則，即反應各組份的物質的量、體積分數、濃度等全部相同.同時，全同等效也較容易判斷，溫度、壓強不發生變化，即可判斷出全同等效，是可逆反應等效平衡的一種基礎類型.

二、相似等效平衡

1.恒溫恒容

A.從反應開始到建立平衡所需時間：t(A)>t(B)

B.平衡時HI的轉化率：α(A)=α(B)

C.平衡時I2蒸汽在混合氣體中的體積分數：A容器>B容器

D.平衡時A容器中I2的濃度等于B容器中I2的濃度

解析 由于向恒容容器中注入不同體積的HI氣體，故對應容器的氣體平衡狀態必然不同，即是相似等效平衡.已知A容器中的反應物濃度大于B容器，則A容器的反應速度必然大于B容器，且A容器中的壓強大，反應平衡會向氣體體積減小的方向移動.但由于反應前后的氣體計量數都是2，不存在壓強導致的平衡移動發生，即壓強對反應平衡方向不產生影響.根據等效平衡原理，達到平衡狀態時A、B容器中的反應轉化率相同.在A容器中注入的HI氣體更多，則會有更多的I2生成，致使A容器中的碘蒸汽濃度大于B容器.通過以上分析，不難確定選項B即為正確選項.

恒溫恒容條件下的變壓可逆平衡反應是相似等效平衡的重要類型.值得注意的是，需要對反應前后的氣體計量數進行計算，判斷壓強是否會對平衡狀態產生影響，避免審題上的失誤.同時，還需要對反應物與生成物的物理狀態進行判斷，避免遺漏或多余.

2.恒溫恒壓

A.達到平衡后，隔板K最終停留在左側刻度0～2之間

B.若平衡時K停留在左側1處，則活塞停留在右側6處

C.達到平衡時，甲容器中B的物質的量小于乙容器中B的物質的量

D.根據隔板K的移動與否可以判斷反應是否達到平衡狀態

解析 A：甲容器中反應向正方向進行，極限條件下可以生成2molC，故C的物質的量介于0～2mol之間，隔板K的刻度應停留在左側0～2之間，即A選項正確.B：平衡時，K停留在左側1處，說明甲容器中氣體的物質的量為2.5mol.乙容器中的氣體至少比甲容器多1mol，故B選項錯誤.C：本題屬于恒溫恒壓類型，乙中的等效平衡比甲多1mol，間接的增強了甲的容器壓強，平衡向正反應方向移動，即C選項正確.D：從該可逆反應方程式可以看出，反應前后的氣體計量數不等，氣體體積會產生變化，活塞也會移動.故根據活塞K可以判斷反應是否達到平衡.綜上可知，本題選擇B選項.

活塞的使用是恒壓的象征，圍繞壓強對化學平衡的影響即可判斷選項的正確性.值得注意的是，在訓練過程中需要幫助學生分清隔板與活塞的差異，對隔板的可滑動性進行判斷，避免理解錯誤.

總之，等效平衡是高中化學可逆反應中的重要考點，在分清等效平衡類型的基礎上，對壓強、溫度、催化劑、反應物濃度等因素進行綜合考慮.同時，在等效平衡的構建上，幫助學生掌握好方程式與圖形的使用，提高解題效率.

G632

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1008-0333(2016)31-0090-01