高中化学教学论文 关于等效平衡的若干问题及其解决途径

关于等效平衡的若干问题及其解决途径

“等效平衡”是指在相同条件下的同一可逆反应里，建立的两个或多个化学平衡中，各同种物质的含量相同，这些化学平衡均属等效平衡（包括“等同平衡”）,其核心是“各同种物质的含量相同”。“等效平衡”常见的有恒温恒压和恒温恒容两种情形，其口诀可概括为：等压比相等；等容量相等，但若系（气体系数）不变，可为比相等【三种情况前提：等T】。

[例题1]在一恒温恒压密闭容器中，A、B气体可建立如下平衡：

2A(g)+2B(g)

A、Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成相同

B、Ⅰ、Ⅱ两途径最终达到平衡时，体系内混合气体的百分组成不同

C、达到平衡时，途径Ⅰ的和途径Ⅱ体系内混合气体平均相对分子质量相同

D、达到平衡时，途径Ⅰ的气体密度为途径Ⅱ密度的1/2

解析：化学平衡的建立与反应途径无关，Ⅱ可等同于A、B的起始量均为4mol的情形（将Ⅱ进行极值转换2molC和6molD完全反应转化为4molA，4molB）。

加入2molA，2molB体积为ＶＬ，恒温恒压时，再加入2molA，2molB体积则变为2ＶＬ，可见，A、B的起始量均为4mol时就相当于是两个A、B的起始量均为2mol在同等条件下的叠加，平衡时，各同种物的浓度相同，转化率相同，平均摩尔质量和密度也相同。

结论：对于气体，在相同温度下，各物质的量等比例增大（或缩小），又压强不变，则体积等比例增大（或缩小），各物质的量浓度不变，两平衡等效。

[例题2]如维持温度不变，在一容积不变的容器中加入2molSO2，1molO2，发生下列反应：2SO2 (g) +O2(g) 2SO3(g)，若平衡时，SO3的物质的量浓度为a mol/L。如果改变开始时的投料情况，并用a表示SO2的物质的量；b表示O2的物质的量；c表示SO3的物质的量，但是仍然要求平衡时SO3的物质的量浓度为a mol/L，则填写下列空格：

⑴若a=0，b=0，则c=_______；

⑵若a=0.5，则b= _______ ，c=_______；

⑶写出a、b、c应满足的关系式（请用两方程式表示，其中一个只含ａ和ｃ，另一个只含ｂ和ｃ）：__________ ，____________。

解析：（1）化学平衡的建立与反应途径无关，显然c=2（运用极值转换，2molSO2和1molO2完全反应转化为2molSO3）。

（2） 2SO2 (g) + O2(g) 2SO3(g)

始 2 1 0

始′ 0.5 b c

变 1.5 1—b c

则有1.5：（1—b）：c = 2：1：2 ∴ｂ＝0.25，ｃ＝1.5

将三步计算模式（始、变、平）改变为“变形三步”模式（始、始′、变），用于“等效平衡”可简化计算。

（3）同理 2SO2 (g) + O2(g) 2SO3(g)

始 2 1 0

始′ａ ｂ ｃ

变 2－ａ 1－ｂ ｃ

则有（2－ａ）：（1－ｂ）：ｃ＝2：1：2

∴ ａ＋ｃ＝2， 2ｂ＋ｃ＝2

[思考]若将上述问题中的容积固定容器改成压强不变容器，同样回答上述问题（第3小问括号内文字去掉），则情形又如何？（参考答案：①c ＞0；② b=0.25，c ≥0；③a ：b=2：1，c ≥0或a=b=0，c ＞0）

[例题3]在一个固定容积的密闭容器内，保持一定温度，进行以下反应：H 2(g)+Br 2

(g) 2HBr(g)+Q ，已知加入1molH 2和2molBr 2时，达到平衡后生成amolHBr(见下表“已知”项)。在相同的条件下，且保持平衡时各组分的体积分数不变，对下列编号⑴—⑶的状态，填写表中的空白：

编号 起始状态时物质的量/mol 平衡时HBr 的物质的量/mol

H 2 Br 2 HBr

已知 1 2 0 a

⑴ 0.5 1 0 0.5a

⑵ 0 0.5 1 0.5a

⑶ n m （m ≥2n ） 2（m-2n ） （m-n ）a （粗体部分为原题空白部分） 解析：（1）

对于等容，物质的量等比例缩小（或增大），压强变化，如果气体系数反应前后相等，平衡不移动，则仍为等效平衡。

（2）先极值转换，再用比例计算。

H 2(g) + Br 2(g) 2HBr(g)

始 x y 1

变 0.5 0.5 1 （极值转换）

始′ x +0.5 y +0.5 0

则有 x +0.5=0.5 ，y +0.5=1 （和①为等同平衡，等同平衡必为量相等）

∴ x=0， y=0.5

（3）设起始状态时HBr 的物质的量为x ，平衡时HBr 的物质的量为y ，

H 2(g) + Br 2(g) 2HBr(g)

始 n m x

变 0.5x 0.5x x （极值转换）

始′ n+0.5x m+0.5x 0

变′ 0.5y 0.5y y

平 n+0.5x —0.5y m+0.5x —0.5y y

则有（n+0.5x ）∶（m+0.5x ）=1∶2 【注：按原物质的物质量之比，非按反应系数比】

（n+0.5x —0.5y ）∶（m+0.5x —0.5y ）∶y =（1—0.5a ）∶（2—0.5a ）∶a

∴x=2（m-2n ）， y=（m-n ）a

温度恒定时，对于等容，物质的量等比例增大，压强变化，

（1）如果气体系数反应前后相等，平衡不移动，则仍为等效平衡；

（2）如果气体系数反应前后不等，则平衡移动，非等效平衡，要想等效，只有量不变。

[思考]若将例1中的压强不变容器改成容积固定容器，同样分析4个选项，则情形又如

恒温 减压至原1/2