等效平衡規(guī)律總結(jié)和應(yīng)用

王曉波

(內(nèi)蒙古師范大學(xué)錦山實(shí)驗(yàn)中學(xué) 024400)

化學(xué)平衡是化學(xué)反應(yīng)原理的重要內(nèi)容，特別是對(duì)等效平衡的學(xué)習(xí)、理解和應(yīng)用更為選修四化學(xué)反應(yīng)原理內(nèi)容的重中之重.在知識(shí)點(diǎn)講述過(guò)程中學(xué)生容易混淆，在解題應(yīng)用時(shí)更是難以區(qū)分、迷惑不清，往往造成學(xué)習(xí)上的受挫，自信心的不足.筆者結(jié)合相關(guān)理論幫助師生分析和解決問(wèn)題，精心提煉平衡原理，濃縮成言簡(jiǎn)意賅的文字，敬請(qǐng)同仁批評(píng)指正.

一、等效平衡的定義

在一定條件下(恒溫恒容或恒溫恒壓)，對(duì)同一可逆反應(yīng)，起始時(shí)加入物質(zhì)的物質(zhì)的量不同，而達(dá)到平衡時(shí)，同種物質(zhì)的百分含量(體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))相同的化學(xué)平衡互稱等效平衡.

二、等效平衡的分類

1．恒溫恒容條件下，對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的可逆反應(yīng)，如果起始時(shí)物質(zhì)的投入量不同，但是通過(guò)化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)換算成同一側(cè)的物質(zhì)后，各物質(zhì)的量對(duì)應(yīng)相等，則兩平衡等效.

2．恒溫恒容條件下，對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，如果起始時(shí)物質(zhì)的投入量不同，但是換算成同一側(cè)的物質(zhì)后，各組分物質(zhì)的量之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則兩平衡等效.

3、恒溫恒壓條件下，無(wú)論反應(yīng)前后氣體分子數(shù)是否改變，如果起始時(shí)物質(zhì)的投入量不同，但是通過(guò)化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)換算成同一側(cè)的物質(zhì)后，各物質(zhì)的量對(duì)應(yīng)成比例，則兩平衡等效.

三、實(shí)例應(yīng)用

例在溫度相同、容積相同的3個(gè)恒容密閉容器中，按不同的方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

已知

ΔH=-92.4 kJ/mol

容器甲乙丙反應(yīng)物投入量1mol N2、3mol H22mol NH34mol NH3NH3的濃度/mol/Lc1c2c3反應(yīng)物的能量變化放出Q1kJ放出Q2kJ吸收Q3kJ體系壓強(qiáng)/Pap1p2p3反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率α1α2α3

下列說(shuō)法正確的是( ).

A.2p2>p3B.Q1+Q2=92.4

C.2c1>c3D.α1+α2=1

解析由題可知甲與乙互為等效平衡，丙是在乙的前提下等倍數(shù)增大反應(yīng)物濃度.

先看甲與乙:

c始a3a0

c反n3n2n

c平a-n3a-3n2n

與它等效平衡的:

c始 0 0 2a

c反a-n3a-3n2a-2n

c平a-n3a-3n2n

再看吸、放熱Q：

ΔH=-92.4 kJ/mol

根據(jù)熱化學(xué)方程式的含義，1mol N2和3mol H2完全反應(yīng)生成2mol NH3，放出92.4kJ的熱量.甲放出的熱量為n|ΔH|kJ,乙吸收的熱量為(a-n)|ΔH| kJ.

故Q1+Q2=a|ΔH|.

再來(lái)看乙與丙，恒溫恒容條件下，丙是在乙的前提下等倍數(shù)增大反應(yīng)物濃度，

利用轉(zhuǎn)化率規(guī)律：

m+n

m+n>p+q則反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率都增加.

m+n=p+q則轉(zhuǎn)化率不變.

2a0 0

2a-2na-n3a-3n

2na-n3a-3n

4a0 0

4a-4m2a-2m6a-6m

4m2a-2m6a-6m

即：α2=a-n>α3=a-m

吸收的熱量為Q2=(a-n)|ΔH|和Q3=(2a-2m)|ΔH|，由于a-n>a-m，所以2Q2>Q3.

那么，甲、乙、丙三個(gè)容器中濃度c、壓強(qiáng)p、熱量Q和轉(zhuǎn)化率α存在什么關(guān)系呢？在此進(jìn)行歸納總結(jié)，僅供各位同仁參考和指導(dǎo).

NH3的濃度cmol/L：由于a-n>a-m，得知n

丙NH3的濃度為c3=4m，所以，2c1=2c2

吸、放熱Q′kJ：甲放出的熱量Q1=n|ΔH|kJ，乙吸收的熱量Q2=(a-n)×|ΔH|kJ，丙吸收的熱量Q3=(2a-2m)|ΔH|，故Q1+Q2=a|ΔH|，且由于a-n>a-m，得知Q2>Q3.

體系壓強(qiáng)p/Pa：

p1=p2=(a-n)+(3a-3n)+2n=4a-2n.

p3=4m+(2a-2m)+(6a-6m)=8a-4m.

故2p1=2p2>p3.

四、規(guī)律總結(jié)

等效平衡是一種思維分析方式和解題方法.通過(guò)具體試題的分析和應(yīng)用，等效平衡會(huì)增強(qiáng)了化學(xué)平衡試題的解題策略和方法研究，并能從中總結(jié)出一定的規(guī)律和原理，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)和做題更加高效.

1.恒溫恒容，對(duì)于反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)不等的可逆反應(yīng)，對(duì)應(yīng)物質(zhì)的百分含量、質(zhì)量、物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度等都相等.轉(zhuǎn)化率不相等.

2.恒溫恒容，對(duì)于反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)相等的可逆反應(yīng)，對(duì)應(yīng)物質(zhì)的百分含量相同.質(zhì)量、物質(zhì)的量、濃度成比例增減.對(duì)應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率不確定，若按照初始比例投料，轉(zhuǎn)化率相等，反之不等.

3.恒溫恒壓，不管反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)相等或者不等的可逆反應(yīng)，對(duì)應(yīng)物質(zhì)的百分含量、物質(zhì)的量濃度相同.質(zhì)量、物質(zhì)的量成比例增減.對(duì)應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率不確定，若按照初始比例投料，轉(zhuǎn)化率相等，反之不等.