化學(xué)平衡狀態(tài)的解題

張桂娟

【摘 要】高考關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的考查集中于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷和利用平衡常數(shù)進(jìn)行化學(xué)平衡狀態(tài)的計(jì)算。化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷需把握υ正=υ逆為依據(jù)或以某物質(zhì)濃度不變?yōu)橐罁?jù)來(lái)判斷，或者以濃度商不變來(lái)判斷。化學(xué)平衡的計(jì)算則以“三段法”討論始態(tài)與平衡態(tài)量的變化關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)平衡狀態(tài)；平衡常數(shù)

關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的考查，在2016年全國(guó)新課標(biāo)高考大綱化學(xué)中要求“了解化學(xué)平衡建立的過(guò)程。理解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能夠利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算”。在高三復(fù)習(xí)中，學(xué)生往往感覺(jué)化學(xué)平衡狀態(tài)的概念很簡(jiǎn)單，而在做題中，題目千變?nèi)f化，判斷起來(lái)比較困難，計(jì)算就更無(wú)從談起。下面就筆者的理解來(lái)談?wù)剬?duì)于化學(xué)平衡狀態(tài)問(wèn)題的解決技巧與方法。

一、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

化學(xué)平衡狀態(tài)是指在一定條件下，當(dāng)正逆兩個(gè)方向的反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)體系中所有參加反應(yīng)的物質(zhì)的質(zhì)量或濃度可以保持恒定。這時(shí)的狀態(tài)也就是在給定條件下，反應(yīng)達(dá)到了“限度”。對(duì)于可逆反應(yīng)體系來(lái)說(shuō)，稱之為化學(xué)平衡狀態(tài)。從定義可知化學(xué)平衡狀態(tài)建立的根本原因是正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率相等，使反應(yīng)體系中每個(gè)物質(zhì)的消耗速率與生成速率相等，故濃度不再發(fā)生變化。所以化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷可以υ正=υ逆為依據(jù)或以某物質(zhì)濃度不變?yōu)橐罁?jù)來(lái)判斷，或者以濃度商不變來(lái)判斷（將某時(shí)刻各物質(zhì)濃度帶入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算所得即濃度商）。

例1.在一定條件下，在固定容積的密閉容器中，能表示反應(yīng)N2（g）+3H2（g）2NH3（g）一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是（A、B、C、F）

容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變

B.c（N2）·c3（H2）=kc2（NH3）（k為常數(shù)）

C.生成NH3的生成速率與NH3的消耗速率相等

D.容器內(nèi)混合氣體的密度不隨時(shí)間改變

E.N2、H2、NH3的物質(zhì)的量之比1：3：2

F.N2的轉(zhuǎn)化率不變

利用υ正=υ逆，可判斷C對(duì)；對(duì)于一個(gè)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的反應(yīng)，在固定容積的體系中，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，則每個(gè)物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由n=cV可推出每個(gè)物質(zhì)的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，N2的轉(zhuǎn)化率=已反應(yīng)N2的物質(zhì)的量/N2總物質(zhì)的量，故不變，F(xiàn)對(duì)；每個(gè)物質(zhì)的物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，故反應(yīng)體系的總物質(zhì)的量不再發(fā)生變化，容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，判斷A正確；平衡狀態(tài)的各物質(zhì)濃度均不變推出濃度商不變，所以B對(duì)。

例2.在一定條件下，在固定容積的密閉容器中，能表示反應(yīng)I2（g）+H2（g）2HI（g）一定達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是（CD）

A容器內(nèi)壓強(qiáng)不隨時(shí)間改變

B.容器內(nèi)混合氣體的密度不隨時(shí)間改變

C.氣體的顏色不變

D.容器內(nèi)各氣體的物質(zhì)的量百分含量不再發(fā)生變化

這是一個(gè)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，故無(wú)論平衡與否，氣體的總物質(zhì)的量始終不變，氣體的壓強(qiáng)也不變，A不對(duì)；全氣相反應(yīng)，固定容積的體系，密度始終不變，也不能作為依據(jù)，B不對(duì)；平衡狀態(tài)各組分濃度不變，所以I2（氣）的顏色也不變，C對(duì)；平衡狀態(tài)各組分物質(zhì)的量也不再變化，故物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)也不變，D對(duì)。

二、平衡狀態(tài)的相關(guān)計(jì)算

平衡狀態(tài)相關(guān)計(jì)算常見(jiàn)有計(jì)算平衡濃度、轉(zhuǎn)化率、利用平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。

例3.硼酸（H3BO3）在食品、醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。H3BO3溶液中存在如下反應(yīng)：

H3BO3（aq）+H2O（l）[B（OH）4]-（aq）+H+（aq）已知0.70mol·L-1H3BO3溶液中，上述反應(yīng)于298K達(dá)到平衡時(shí)，c平衡（H+）=2.0×10-5mol·L-1，c平衡（H3BO3）≈c起始（H3BO3），水的電離可忽略不計(jì)，求此溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K（H2O的平衡濃度不列入K的表達(dá)式中，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）

解：本題考查平衡常數(shù)的表達(dá)式

K===

在平衡常數(shù)的表達(dá)式中，液體和固體濃度均作為1而不列入K的表達(dá)式，比如

C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），平衡常數(shù)K=。

平衡常數(shù)的表達(dá)在高考中是較為重要的考點(diǎn)，也是基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，必須掌握，這也是解決有關(guān)平衡常數(shù)的計(jì)算的前提條件。

例4.已知反應(yīng)2CH3OH（g）CH3OCH3（g）

+H2O（g）某溫度下的平衡常數(shù)為400。此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下：

物質(zhì) CH3OH CH3OCH3 H2O

濃度/

（mol·L-1） 0.44 0.6 0.6

①比較此時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小：

v正 v逆（填“>”、“<”或“=”）。

②若加入CH3OH后，經(jīng)10min反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)c（CH3OH）= ；該時(shí)間內(nèi)反應(yīng)速率v（CH3OH）= ；CH3OH的轉(zhuǎn)化率為 。

解：此題可利用平衡常數(shù)K與濃度商Q的相對(duì)大小作比較，若Q=K，則為平衡狀態(tài)，v正=v逆，若Qv逆，反之，則v正

①K==400，

Q==1.85，Qv逆；

②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）

2 1 1

△c 0.6mol/L

解得△c=1.2mol/L

起始時(shí)刻CH3OH濃度=（0.44+1.2）mol/L=1.64mol/L

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）

c（起始）（mol/L）1.6400

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L）2xxx

c（平衡）（mol/L）1.64-2xxx

K==400

解得x=0.8，所以c（CH3OH）=0.04mol/L

v（CH3OH）=0.16mol/（L·min）

CH3OH轉(zhuǎn)化率=*100%=97.6%

化學(xué)平衡的計(jì)算是高考的熱點(diǎn)，往往綜合性強(qiáng)，隱含條件多靈活度大，解題有一定的難度。此類計(jì)算可以“三段法”討論始態(tài)與平衡態(tài)量的變化關(guān)系。此法根據(jù)可逆反應(yīng)方程式，列出反應(yīng)物、產(chǎn)物各物質(zhì)的起始量、變化量、平衡量，然后依據(jù)已知條件，建立方程式而求解，是經(jīng)典而實(shí)用的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]2016全國(guó)新課標(biāo)高考大綱[Z].2016

[2]化學(xué)反應(yīng)原理[Z].人民教育出版社，2007，2月第3版：26