化學平衡隔板問題求解策略

邊永平

(河北省豐寧縣第一中學 068350)

一、隔板居中類求解策略

由于隔板居于容器正中，說明隔板兩則壓強相等，由于隔板兩側(cè)的空間容積相等，根據(jù)阿伏加德羅定律可知，兩側(cè)氣體的物質(zhì)的量也相等，這是解決問題的出發(fā)點，而確定取值范圍則常采用極限法.

例1現(xiàn)有一反應容器(容積固定),中間隔板可自由移動,兩側(cè)均為可逆反應(如圖1所示).起始加入量如下:A、B和C均為4.0mol、D為6.5mol、F為2.0mol,設E為xmol.當x在一定范圍內(nèi)變化時,可以通過調(diào)節(jié)溫度使兩側(cè)反應均達到平衡,使隔板正好位于反應器的正中.

圖1

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(1)若x=4.5,則右側(cè)反應在開始時向____(填“正反應”或“逆反應”)方向進行.要使起始反應維持向該方向進行,則x的最大取值應小于____.

(2)若x分別為4.5和5.0,則在這兩種情況下,當反應達平衡時,A的物質(zhì)的量是否相等?____(填“相等”、“不相等”或“不能確定”).其理由是____.

解析由題意知，圖1中容器兩側(cè)的反應都達平衡時，隔板處于正中間，此時隔板兩側(cè)的壓強相等，由阿伏加德羅定律知，此時隔板兩側(cè)氣體的總物質(zhì)的量必然相等.

(1)若x=4.5時，則右側(cè)開始時氣體總物質(zhì)的量為13mol，而平衡時要變成12mol，只能向正反應應進行.

設右側(cè)反應達平衡時，消耗D為amol，則起始與平衡時各氣體的物質(zhì)的量的關系為：

起始(mol) 6.5x2.0

反應(mol)a2a2a

平衡(mol) 6.5-ax-2a2.0+2a

由于可逆反應的特點是反應不能進行到底，即有x-2a>0，再有平衡時氣體總量為12mol，即有(6.5-a)+(x-2a)+(2.0+2a)=12，兩式聯(lián)立，可得：x<7.0 .

(2)當x的值分別為4.5和5.0時，欲使反應都達到平衡狀態(tài)且滿足反應混合物總物質(zhì)的量為12mol，反應均需要向正向進行，而且兩種情況下反應向正向進行的程度必然不同.由題意知，這是通過調(diào)節(jié)反應器的溫度來實現(xiàn)的，換言之，x的值分別為4.5和5.0時，兩種情況達到平衡對應的溫度是不同的.

由于左側(cè)反應也是在兩種不同的溫度下達到平衡，因此平衡時A的物質(zhì)的量也不相等.

參考答案：略

二、隔板偏于一側(cè)類求解策略

根據(jù)阿伏加德羅定律，推算出同溫同壓下，氣體物質(zhì)的量之比等于體積比，從而確定出兩側(cè)最終平衡時氣體的物質(zhì)的量.

圖2

(1)x=1.5，則左側(cè)反應開始時向____(填“正反應”或“逆反應”)方向進行.欲使起始反應維持向該方向進行，則x的取值范圍是____.

(2)若x=2，則左側(cè)反應在起始時向____(填“正反應”或“逆反應”)方向進行.平衡時混合氣中SO2所占的體積分數(shù)為____.欲使起始反應維持向該方向進行，則x的最大值應小于____.

解析分析兩反應式可知，右側(cè)容器內(nèi)氣體體積維持不變，始終為9mol；為使平衡時隔板停于位置2，依阿伏加德羅定律可知，平衡后左側(cè)容器內(nèi)混合氣物質(zhì)的量總和為9×2/3=6mol.

(1)若x=1.5，則初始時n總=1.5+3.25+1=5.75mol<6mol,即需要使反應向氣體體積增大的方向移動,即向逆反應方向進行.

若要使反應維持向逆反應方向進行，需有：x+3.25+1<6,即x<1.75；

若令1mol SO3完全反應，則可求出x的最小值：x+3.25+1+0.5>6，即x>1.25，故x的取值范圍為：1.25

(2)若x=2(不在1.25～1.75之間)，2+3.25+1=6.25>6，故起始時應向著氣體體積減小的方向進行，即正反應方向.

設平衡時SO2轉(zhuǎn)化了amol，則

起始 2 3.25 1

轉(zhuǎn)化a0.5aa

平衡 (2-a) (3.25-0.5a) (1+a)

則平衡時n總=(2-a)+(3.25-0.5a)+(1+a)=6

解得a=0.5mol,n(SO2)=2mol-0.5mol=1.5mol,所占體積分數(shù)為(1.5/6)×100%=25%

若要維持反應向正反應方向進行,則需要要討論:

若3.25mol O2完全轉(zhuǎn)化,則需SO26.5mol,完全轉(zhuǎn)化后物質(zhì)的量減少3.25mol,則n(混合氣)=6.5+3.25+1-3.25=7.5≠6,不合題意.

若xmol SO2完全轉(zhuǎn)化,則耗去O20.5xmol,完全轉(zhuǎn)化后物質(zhì)的量減少0.5xmol,則n(混合氣)=x+3.25+1-0.5x=6, 得x=3.5mol, 即x<3.5mol

參考答案:見解析過程.

三、隔板自由移動類求解策略

不帶隔板的一側(cè)為恒容條件，帶有隔板的一側(cè)為恒壓條件.

圖3

請回答；

(1)A中W和B中Z的物質(zhì)的量比較：n(W)A____n(Z)B(填>、<或=).

(2)打開K，過一段時間重新達平衡(Ⅱ)時，B的體積為____(用含a的代數(shù)式表示，連通管中氣體體積不計).

解析(1)設A中平衡時，n(W)=xmol,則n(Z)=0.5xmol,設B中平衡時體積為2aL, 即相當于兩個A容器, 當B中平衡后,n(Z)=xmol,此時再給B加壓，壓至0.8aL，則會使平衡正移，將使n(Z)大于xmol，即有：n(W)A

(2)打開K后，A、B可看成一個整體，則此時的容器與原來B容器同溫同壓，依V(新)/V(B)=(1+2)/2，得：V(新)=1.2aL，則B部分的體積應為0.2aL.

參考答案:見解析過程.