平衡移動時體積分數或平均相對分子質量變化的探討

湖北 羅華榮 彭曉玲

1.問題引入

( )

(1)1.4 MPa

(2)2.1 MPa

A.同溫同壓同z時，加入催化劑，平衡時Q的體積分數增加

B.同壓同z時，升高溫度，平衡時Q的體積分數增加

C.同溫同z時，增加壓強，平衡時Q的體積分數增加

D.同溫同壓時，增加z，平衡時Q的體積分數增加

【參考答案】B

【分析】本題考查了平衡移動原理的應用。A選項，加入催化劑只能改變反應速率，不會使平衡移動，A選項錯誤；B選項，由圖象(1)可知隨著溫度的升高，M的體積分數降低，說明正反應吸熱，所以溫度升高后平衡正向移動，Q的體積分數增加，B選項錯誤；C選項，對比圖(1)(2)可以看出相同溫度時，壓強增大，M的體積分數增大，所以正反應是氣體體積縮小的反應，增大壓強Q的體積分數減小，C選項錯誤；同溫同壓時，增加N或減少M可使z增大，增加N則平衡正向移動，減少M則平衡逆向移動，故Q的體積分數可能增加，也可能減小，D選項也錯誤。

2.質疑

顯然，本題對應圖象分析溫度或壓強的變化導致M的體積分數y(M)變化，并由M的體積分數y(M)的變化直接判定了平衡移動的方向：平衡正向移動y(M)減小，平衡逆向移動y(M)增大，進而分析出該反應的熱效應及反應前后化學計量數之和的大小。對于反應前后氣體體積不相等的可逆反應，若溫度或壓強改變引起平衡向正(逆)反應方向移動，其結果一定是生成物體積分數增大(減小)，反應物氣體體積分數減小(增大)嗎？

3.建模分析

4.結論

對有氣體參加的可逆反應，通過壓強或溫度的改變讓平衡移動后，若某氣體組分的物質的量與氣體總物質的量變化趨勢相同，則該氣體的體積分數可能增大，可能減小，亦可能不變。不能錯誤地認為，平衡向正反應方向移動，就是生成物在反應混合物里的體積分數增大了；若平衡向逆反應方向移動，就是生成物的體積分數減小了。本題從題給圖中M的體積分數y(M)的變化并不能判定平衡移動的方向，同樣由平衡移動的方向也并不能斷定M的體積分數y(M)的變化。這種想當然地理解體積分數變化與平衡移動方向關系的錯誤認知有待糾正。

5.拓展

混合氣體平均相對分子質量變化的判斷也應遵循這種情況，氣體的質量與氣體物質的量同為增大或減小趨勢時，混合氣體平均相對分子質量可能增大，可能減小，亦可能不變。

即增大壓強平衡向正反應方向移動時，運用數學模型一可知：

①當M(前)=30時，M(前)=M(后)，即原氣體平均相對分子質量等于30時，混合氣體的平均相對分子質量不變；

②當M(前)>30時，M(前)

③當M(前)<30時，M(前)>M(后)，即原氣體平均相對分子質量小于30時，混合氣體的平均相對分子質量減小。

同理，若減小壓強平衡向逆反應方向移動時，則運用數學模型二也容易得出相應的結論。

6.應用示例

( )

①混合氣體的密度；②容器內氣體的壓強；③混合氣體的總物質的量；④B物質的量濃度；⑤混合氣體的平均相對分子質量；⑥A的轉化率。

【答案】①②③④⑥

( )

A

B

C

D

【答案】A

( )

A.容器內CO2的體積分數不再變化

B.CO2和H2轉化率的比值不再變化

C.水分子斷裂2NA個O—H鍵，同時氫分子中斷裂3NA個H—H鍵

D.容器內混合氣體的平均相對分子質量為34.5，且保持不變

【答案】C