化學(xué)反應(yīng)平衡中的轉(zhuǎn)化率變化

王彥偉

化學(xué)反應(yīng)平衡體系中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率是歷年來(lái)高考的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在長(zhǎng)期的教學(xué)教學(xué)中，我發(fā)現(xiàn)大多數(shù)資料或參考書(shū)中對(duì)轉(zhuǎn)化率問(wèn)題的總結(jié)都不夠全面，有些甚至是錯(cuò)誤的認(rèn)知。這是導(dǎo)致教師和學(xué)生不能正確、全面地認(rèn)知化學(xué)反應(yīng)平衡體系中物質(zhì)轉(zhuǎn)化率問(wèn)題的主要原因。

在化學(xué)反應(yīng)平衡體系中物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的學(xué)習(xí)中，有一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題是大部分學(xué)生沒(méi)有認(rèn)識(shí)到位的。這個(gè)問(wèn)題可以在下面的題目中得到認(rèn)識(shí)和理解。

假設(shè)可逆反應(yīng)aM（g）+bN（g）=cP（g）+dQ（g）（a+b《c+d）在恒溫恒壓的條件下反應(yīng)達(dá)到平衡，保持溫度和壓強(qiáng)不變，向上述反應(yīng)后的平衡體系中再充人一定量的氣體N，則M的轉(zhuǎn)化率如何變化？

很多同學(xué)看完題目，馬上會(huì)想到關(guān)于轉(zhuǎn)化率的一個(gè)結(jié)論：對(duì)于有多種反應(yīng)物的可逆反應(yīng)，增大一種反應(yīng)物的量，平衡正移，此反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，其他反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大。由此得出M轉(zhuǎn)化率增大的結(jié)論。但正確的結(jié)論是：M轉(zhuǎn)化率的變化此時(shí)無(wú)法判斷。而無(wú)法判斷的原因是不能判定此時(shí)平衡的移動(dòng)方向。也就是說(shuō)：并不是任何情況下加入反應(yīng)物，平衡都一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)。

其實(shí)，可逆反應(yīng)平衡移動(dòng)的方向和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率有著密切的關(guān)系，但必須注意反應(yīng)條件的不同。

一、如果可逆反應(yīng)的條件是恒溫恒容，有如下結(jié)論：

（一）溫度和壓強(qiáng)引起平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí)，所有反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率必然增大。

（二）改變反應(yīng)物的用量引起的平衡移動(dòng)有下列幾種情況：1.若反應(yīng)物只有一種。如aA（g）+bB（g）=cC（g），增加A的量即為增大了反應(yīng)物的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。反應(yīng)物A.的轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)方程式中氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)：

若a=b+e，測(cè)A的轉(zhuǎn)化率不變;

若a》b+e，測(cè)A的轉(zhuǎn)化率增大;

若a《b+c，測(cè)A的轉(zhuǎn)化率減小。

2.若反應(yīng)物不只一種，如aA（g）+bB（g）=cC（g）+dD（g）①若只增加A的量，A的濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，A的轉(zhuǎn)化率減小，其余反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大。

②若按原比列同倍數(shù)增加反應(yīng)物A和B的量，A和B的濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。而反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率同樣也與反應(yīng)方程式中氣體物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)

若a+b=c+d，測(cè)A、B的轉(zhuǎn)化率不變;

若a+b《e+d，測(cè)A、B的轉(zhuǎn)化率減小;

若a+b》c+d，測(cè)A、B的轉(zhuǎn)化率增大。

③若不同原比例增加A.B的量。此時(shí)，那個(gè)反應(yīng)物的比例大就可認(rèn)為只增加了這個(gè)物質(zhì)。最終是這個(gè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低，其余反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大。

二、如果可逆反應(yīng)的條件是恒溫恒壓，就不能用以上恒溫恒容的結(jié)論來(lái)判斷平衡移動(dòng)的方向和物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的變化。

例如：恒溫恒壓條件下可逆反應(yīng)M（g）+bN（g）=cP（g）+dQ（g）達(dá)到平衡。此時(shí)若充人N，必然導(dǎo)致體系的體積增大和其余物質(zhì)（M、P、Q）的濃度減小。這種情況下平衡的移動(dòng)方向，只有用現(xiàn)在各物質(zhì)的濃度商（Q）和該反應(yīng)在此溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）進(jìn)行比較才能得出平衡移動(dòng)的方向，進(jìn)而得出M的轉(zhuǎn)化率是如何變化。

若Q=K，平衡不移動(dòng)，N的轉(zhuǎn)化率減小，M的轉(zhuǎn)化率不變;

若Q《K，平衡不移動(dòng)，M的轉(zhuǎn)化率增大;

若Q》K，平衡不移動(dòng)，M的轉(zhuǎn)化率減小。

下面的三個(gè)典型例題對(duì)理解在恒溫恒壓和恒溫恒容條件下可逆反應(yīng)平衡的移動(dòng)和反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率的變化有很大幫助。

例1：使用甲醇汽油能減少汽車(chē)尾氣對(duì)環(huán)境的危害，某化工廠(chǎng)用水煤氣為原料合成甲醇。恒溫條件下，在體積可變的密閉容器中發(fā)生可逆反應(yīng)CO（g）+2H2（g）=CH，OH（g），達(dá)到平衡時(shí)，測(cè)得CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量都為1mol，容器的體積為3L。現(xiàn)向容器中繼續(xù)通人3molCO，此時(shí)平衡如何移動(dòng)？H2的轉(zhuǎn)化率如何變化？

解析：題目的條件是恒溫恒壓，所以在充人CO后容器的體積會(huì)增大，不能經(jīng)驗(yàn)性地得出平衡正向移動(dòng)。應(yīng)該用此時(shí)的濃度商Q和反應(yīng)的平衡常數(shù)K進(jìn)行比較。

平衡時(shí)：e（CO）=1/3mol/L，c（H2）=1/3mol/L，e（CH3OH）=1/3mol/L，計(jì)算可得平衡常數(shù)K=9。

平衡后再通人3molCO，此時(shí)氣體共有6mol。根據(jù)恒溫恒壓條件下氣體的體積比等于氣體的物質(zhì)的量之比，可得容器的體積變?yōu)?L。此時(shí)：c（CO）=2/3mol/L，c（H2）=1/6mol/L，c（CH，OH）=1/6mol/L，計(jì)算可得濃度商Q=9。

因?yàn)镼=K，可得平衡后再通人3molCO體系仍然是平衡狀態(tài)。既平衡不發(fā)生移動(dòng)，H2的轉(zhuǎn)化率也不變。

例2：對(duì)于以下三個(gè)反應(yīng)，從反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行到達(dá)到平衡后，保持溫度和體積不變，按要求回答下列問(wèn)題。

（1）PCls（g）=PCl3（g）+Cl2（g）

平衡時(shí)再充人PCls（g），平衡向方向移動(dòng)，再次平衡后，PCls（g）的轉(zhuǎn)化率

（2）2HI（g）#2（g）+H2（g）

平衡時(shí)再充人HI（g），平衡向___方向移動(dòng)，再次平衡后，HI（g）的轉(zhuǎn)化率

（3）2NO2（g）=N2O4（g）

平衡時(shí)再充人NO2（g），平衡向_____方向移動(dòng)，再次平衡后，NO2（g）的轉(zhuǎn)化率

（4）I2（g）+H2（g）=2HI（g）

平衡時(shí)再充人I2（g），平衡向______方向移動(dòng)，再次平衡后，h（g）的轉(zhuǎn)化率

解析：（1）這是一個(gè)正反應(yīng)方向氣體增多的可逆反應(yīng)。按照上面的結(jié)論：恒溫恒容條件下，對(duì)于只有一個(gè)反應(yīng)物的可逆反應(yīng)，增加反應(yīng)物的量，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。又因?yàn)檎磻?yīng)方向是氣體增多的反應(yīng)，所以PCls的轉(zhuǎn)化率降低。

（2）這是一個(gè)方程式前后氣體相等的可逆反應(yīng)。按照上面的結(jié)論：恒溫恒容條件下，對(duì)于只有一個(gè)反應(yīng)物的可逆反應(yīng)。增加反應(yīng)物的量，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。又因?yàn)榉匠淌角昂髿怏w相等，所以PCls的轉(zhuǎn)化率不變。

（3）這是一個(gè)正反應(yīng)方向氣體減少的可逆反應(yīng)。按照上面的結(jié)論：恒溫恒容條件下，對(duì)于只有一個(gè)反應(yīng)物的可逆反應(yīng)，增加反應(yīng)物的量，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。又因?yàn)檎磻?yīng)方向是氣體減少的反應(yīng)，所以PCls的轉(zhuǎn)化率增大。

（4）按照上面的結(jié)論：恒溫恒容條件下對(duì)有多個(gè)反應(yīng)物的可逆反應(yīng)，若只增加一種反應(yīng)物的量，此種反應(yīng)物的濃度增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)。但此種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小，其余反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大。所以，此時(shí)I2的轉(zhuǎn)化率減小。