淺談高中化學平衡問題的求解

◎ 邱曉良

一、有關化學平衡定義問題的求解

在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下，同一可逆反應體系，不論是從正反應開始，還是從逆反應開始，在達到化學平衡狀態時，任何相同組分的含量(體積分數、物質的量分數等)均相同。

化學平衡的標志：1.正反應速率等于逆反應速率，且不為零；2.反應混合物中各種成分的體積分數、物質的量分數、質量分數不再發生變化；3.反應物的轉化率以及生成物的產生率不再發生變化；4.反應物反應時破壞的化學鍵與逆反應得到的反應物形成的化學鍵種類和數量相同(同理生成物)。

例1.對于可逆反應4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，下列敘述無錯誤的是( )。

A.若單位時間內生成xmol NO的同時消耗xmol NH3，則反應達到平衡狀態

B.達到化學平衡時4v(O2)正=5v(NO)逆

C.達到化學平衡時，若增加容器體積則正反應的反應速率減小，逆反應速率增大

D.化學反應速率關系是2v(NH3)正=3v(H2O)正

解析：此可逆反應無論是否達到平衡，生成xmol NO 的同時必然消耗xmol NH3，A 錯誤；當4v(O2)正=5v(NO)逆，即時，表明正反應消耗的O2與逆反應消耗的NO 之比為5∶4，反應達到平衡，B正確。達到平衡時，若增大容器體積即等效為減小體系的壓強，正逆反應速率都會減小，C 錯誤；D 項所陳述的都是正反應的速率，與化學平衡的定義不一致。所以選A。

二、有關恒溫恒容下等效平衡問題的求解

1.在恒溫恒容下，對于化學反應前后氣體體積發生變化的可逆反應(Δv≠0)，只改變起始加入的物質的量，如果通過可逆反應的化學計量數之比換算成化學方程式的同一邊物質的量與原平衡相同，則可逆反應達到等效平衡。

例2.在一定溫度下，可逆反應2A(g)+B(g)2C(g)，起始時加入2 mol A和1 mol B反應達到平衡，保持平衡時的溫度，下面的各種情況能達到等效平衡的是( )。

A.加入1 mol A、1 molC開始反應

B.加入3 mol C起始反應

C.加入1 mol A、1 mol B、1 mol C起始反應

D.加入1 mol B、2 mol C作為起始反應物

解析：開始階段，無論怎樣改變A、B、C的物質的量，從正反應方向開始還是從逆反應方向開始，它們所建立起來的化學平衡狀態的效果是完全相同的，即它們之間存在等效平衡關系。題目中是2 mol A和1 mol B起始反應，那我們可以將選項中的加入量根據化學反應系數將反應物按化學反應系數全部轉化生成物，或者生成物全轉化為反應物。A選項，將1 mol C全轉化為反應物，可以得到1 mol A 和1 mol B，加上本來就有的1 mol A，也就是起始反應物等效為2molA和1 mol B，與題目要求的一致。所以A正確。B選項，3 mol C全轉化為反應物那就是3 mol A、1.5 mol B，與題意不符合；C選項，等效為2 mol A和1.5 mol B作為起始物，與題意不符合；D選項，2 mol C全轉化為反應物那就是2 mol A和1 mol B，再加上另外的1 mol B，那就是2 mol A和2 mol B作為起始物，與題意不符合，因此答案為A。

2.在恒溫恒容下，對于反應前后氣體體積不變的可逆反應(Δv=0)，只要反應物(或生成物)的物質的量之比與原平衡相同，則可逆反應處于等效平衡。

例3.在一恒溫恒容密閉容器中，A、B 氣體可建立如下平衡：2A(g)+2B(g)C(g)+3D(g)現分別從兩條途徑建立平衡：Ⅰ.A、B 的起始量均為2 mol；Ⅱ.C、D 的起始量分別為2 mol 和6 mol。下列敘述錯誤的是：( )

A.Ⅰ、Ⅱ兩途徑最終達到平衡時，體系內混合氣體的百分組成不同

B.Ⅰ、Ⅱ兩途徑最終達到平衡時，體系內混合氣體的百分組成相同

C.達到平衡時，途徑Ⅰ和途徑Ⅱ體系內混合氣體平均相對分子質量相同

解析：由于A選項中A、B的反應物之比為1∶3，所以不是等效平衡，所以A正確。B選項中，反應物A、B的反應物之比為1∶1，C、D選項表述都不夠準確，因此答案為A。

三、有關恒溫恒壓下等效平衡問題的求解

恒溫恒壓情況下，改變起始時加入反應物物質的量，只要按化學計量數之比換算成化學方程式的同一邊物質的量之比與原平衡相同，那么其所達到狀態與原平衡處于等效狀態。

例4.某溫度下，在一容積可變的容器中，反應2A(g)+B(g)2C(g)達到平衡時，A、B 和C 的物質的量分別為4mol、2mol 和4mol。保持溫度和壓強不變，對平衡混合物中三者的物質的量做如下調整，可使平衡右移的是( )。

A.均加倍 B.均減半 C.均減少1 mol D.均增加1 mol

解析：這是一個恒溫恒壓條件下的等效平衡，題目中起始物質的量是A、B和C分別為4 mol、2 mol和4 mol，全部轉化為反應物就是8 mol A、4 mol B。B選項，均減半2 mol A、1 mol B和2 mol C，全轉化為反應物就是4 mol A、2 mol B，比例不變，平衡不移動，同理A、B也是。C選項，變成3 mol A、1 mol B和3 mol C，全轉化為反應物那就是6 mol A、2.5 mol B 這個比例，相對來說，就是反應物B 減少得過多了，導致B 偏少，所以平衡會左移。D 選項，變成5 mol A、3 mol B 和5 mol C，全部轉化為反應物，那就是10 mol A、5.5 mol B，相比于題干中的起始反應物比例，反應物B 的量增加了，所以平衡向右移(朝著反應物B的量減小的方向)。