张新平 微诊断 等效平衡思想及其应用
微诊断 等效平衡思想及其应用
张 新 平
[典型案例]
已知：2SO 2(g)+O 2(g)2SO 3(g) △H = Q kJ·mol -1（Q <0）。向同温、同体积的三个真空密闭容器中分别充入气体：（甲）2 mol SO 2和1 mol O 2；（乙）1 mol SO 2 和0.5 mol O 2；（丙）2 mol SO 3；恒温、恒容下反应达平衡时，下列关系一定正确的是（ ）
A ．容器内压强p : p 甲 = p 丙＜2p 乙
B ．SO 3的质量m : m 甲 = m 丙＜2m 乙
C ．c (SO 2)与c (O 2)之比k : k 甲 = k 丙＞2k 乙
D ． 反应放出或吸收热量的数值Q : Q 甲 = Q 丙＞2Q 乙
[诊断解析]
1. 在多个化学平衡平衡体系中，一般选择按照化学计量数的物质的量（或之比）投料的体系作为“参照系”，再与其它体系做比较。
2. 对于化学平衡 2SO 2(g)+O 2(g)2SO 3(g)，运用等效平衡思想有：
“参照系”甲：2 mol SO 2和1 mol O 2按方程式中化学计量数比投料，乙投料与甲做比较如下：
平衡等效平衡逆移
则有：p 甲＜2p 乙、m 甲＞2m 乙、k 甲＜2k 乙、Q 甲＞2Q 乙。故，选项B 、C 错误。
丙：2 mol SO 3的投料，利用极端假设思想，可以等效转换为起始投料量“2 mol SO 2和1 mol O 2”：
2SO 2(g) + O 2(g) 2SO 3(g)甲起始量/mol 2 1 0丙起始量/mol 002极端假设：2 molSO 3完全转化
等效转换：2 mol SO 2和1 mol O 2丙 起始量/mol ，21
即得甲、丙两起始投料量符合“等量等效”的两平衡体系。因此有：p 甲 = p 丙、m 甲 = m 丙、k 甲 = k 丙、Q 甲 与 Q 丙的绝对值之和等于Q 的绝对值。故选项D 错误，选项A 正确。 [诊断反思]
1. 多个平衡体系的比较中，选取其中某一个体系作为“参照系”是解决这类问题的关键。选取“参照系”的基本原则是：按照化学计量数的物质的量（或之比）投料的体系作为“参照系”。其它体系与“参照系”体系相比，或是再充入某物质、或是叠加、或是分割、或是极端假设后等效转换成相同反应物（或生成物）的起始量，然后依据等效平衡思想、勒夏特列原理与“参照系”体系做各种相关量的比较。
2. 等效平衡思想：在相同条件下的同一反应，按照不同的投料量形成的多个平衡体系是否等效，通常是通过极端假设法，把不同的投料量按照化学计量数等效转换成相同的反应物
（或生成物）的投料量，看是否符合“等量等效”或“等比等效”。
如：某温度下，向某密闭容器中加入1 mol N2和3 mol H2，使之反应合成氨，平衡后测得NH3的体积分数为φ。若温度不变，只改变起始加入量，使之反应达平衡后NH3的体积分数仍为φ。
设加入N2、H2、NH3的物质的量的数值分别为x、y、z，则它们应满足：
（1）恒T、V时：
①若x=0、y=0，则z= ；
②若x=0.75，则y= 、z= ；
③x、y、z应满足的一般条件是、。
（2）恒T、p时：
①若x=0、y=0，则z；
②若x=0.75，则y= 、z；
③x、y、z应满足的一般条件是。
3. 通过大量的证据推理，提出如下关于等效平衡的“两个模式与两个反应对象”的模型认知——“等量等效”、“等比等效”：
4. 在多个平衡体系的等效与否的比较中，无不渗透着核心素养“变化观念与平衡思想”。
[诊断训练]
1. [2010·江苏高考]在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下（已知
-1
下列说法正确的是（）
A．2 c1＞c3B．a+b=92.4 C．2 p2＜p3D．α1+α3＜1
2.[2015·天津高考T7]某温度下，在2 L的密闭容器中，加入1 mol X(g)和2 mol Y(g)发生反应：X(g)+ mY(g)3Z(g)，平衡时，X、Y、Z的体积分数分别为30%、60%、10%。在此平衡体系中加入1 mol Z(g)，再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变。下列叙述不正
．．
确．的是（）
A. m=2
B. 两次平衡的平衡常数相同
C. X与Y的平衡转化率之比为1:1
D. 第二次平衡时，Z的浓度为0.4 mol·L－1
3.[2013·上海高考T20.]某恒温密闭容器中，可逆反应A(s)B+C(g)-Q达到平衡。缩小容器体积，重新达到平衡时，C(g)的浓度与缩小体积前的平衡浓度相等。以下分析正确的是（）
A. 产物B的状态只能为固态或液态
B. 平衡时，单位时间内n(A)消耗﹕n(C)消耗=1:1
C. 保持体积不变，向平衡体系中加入B，平衡可能向逆反应方向移动
D. 若开始时向容器中加入1mol B和1mol C，达到平衡时放出热量Q
4. 在一恒定容积的容器中充入4 mol A和2 mol B发生反应：2A(g)+B(g)x C(g)。达到平衡后，C的体积分数为ω。若维持容积和温度不变，按1.2 mol A、0.6 mol B和2.8 mol C为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为ω，则x的值为（）
A. 只能为2
B. 只能为3
C. 可能为2，也可能为3
D. 无法确定
附答案：
1. BD。解析：A. 以甲为“参照系”，丙经极端假设（4 mol NH3完全转化）等效转换为（2 mol N2和6 mol H2）相当于叠加（等效）2个甲、后压缩（平衡正向移动）而成的平衡体系丙，NH3增多，因此有c3＞2 c1，选项A错误。
B. 以甲为“参照系”，乙经极端假设（2 mol NH3完全转化）等效转换为（1 mol N2和3 mol H2）相当（等效）于甲，因此甲乙平衡体系中各成分的量均相同——等同平衡。但是，甲是正向进行达到平衡，放热；乙是逆向进行达到平衡，吸热。在此过程中，乙吸收的热量相当于甲中剩余量再完全转化所放出的热量，故有a+b=92.4，选项B正确。
C．以乙（2 mol NH3）为“参照系”，而4 mol NH3则相当于2个乙的叠加（等效，c、p相同），再压缩到相同体积回到丙（平衡不移动时：2p2=p3），平衡正向移动，NH3增多，故有2 p2＞p3，选项C错误。
D. 甲乙互为等效（等同）平衡，反应物的转化率是互补的——即有α1+α2=1。丙相当于2个乙的叠加、再压缩而成，平衡正向移动，NH3的转化率降低，有α2＞α3，故有α1+α3＜1，选项D正确。
2. D。解析：依题意“再次达到平衡后，X、Y、Z的体积分数不变”——即再加入1 mol Z(g)后所达到的新平衡与原平衡为等效平衡。
法1. 利用极端假设思想，把加入的1 mol Z(g)等效（价）转化为再加入的反应物X、Y，如下：
X(g) + mY(g) 3Z(g)
原始量/mol 1 2 0
新始量/mol 0 0 1
等效始量/mol 1/3 m/3 0
故有：1+ m =3，m =2。选项A正确；其它分析见法2.
法2. 根据等效平衡思想可知，后是加产物且产物唯一达到等效平衡的，并在恒温恒容的条件下，因此应该是等比等效，此时该反应只能为“反应前后气体分子数相等”的反应。即m=2，选项A正确；因为恒温，故两次平衡的平衡常数相同，选项B正确；因为等比等效，故X与Y的平衡转化率相等、之比为1:1，选项C正确；此时就筛选出错误选项D了。
法3. 依据“三浓（量）模式”计算如下：
X(g) + mY(g) 3Z(g)
始量/mol 1 2 0
变量/mol x m x3x
平量/mol 1- x2- m x3x
又依据题意得：X的体积分数=(1-x)/(3- m x +2x)=0.3
Y的体积分数=(2- m x)/(3- m x +2x)=0.6
Z的体积分数=3x /(3- m x +2x)=0.1
联立上述任三者之二，解方程组得：x =0.1；m =2。
又因是气体分子数不变的反应，则气体的总物质的量为：1 mol+2 mol+ 1 mol=4 mol，Z的体积分数0.1，则n(Z)= 4 mol×0.1=0.4 mol，第二次平衡时c(Z)= 0.4 mol/2 L =0.2 mol/L，故选项D错误。
3. BC。解析：许多考生甚至是老师对题中“缩小容器体积，重新达到平衡时，C(g)的浓度与缩小体积前的平衡浓度相等”产生疑问，甚至认为命题违法科学性。其理由是“违反了勒夏特列原理”，因为：缩小容器体积，C的浓度增大，平衡逆向移动，但重新达到平衡时，C的浓度必比原来大，而不可能与原平衡浓度相等。
事实真的如此吗？我们换用平衡常数来思考：由于是恒温，缩小容器体积，达到新平衡时，平衡常数不变。因此，若B是气体，平衡常数K=c(B)·c(C)，c(C)不变，K不变，c(B)也不变，符合题意；若B是非气体，平衡常数K=c(C)，K与c(C)均不变，符合题意，则B可能是气体，也可能是非气体（液体或固体），故选项A错误。
B. 平衡时，υ(正)=υ(逆)可知“n(A)消耗﹕n(C)消耗=1:1”，故选项B正确（注意，不是浓度消耗相等，是单位时间内物质的量消耗相等）。
C. 若B是气体，“保持体积不变，向平衡体系中加入B，平衡可能向逆反应方向移动”正确，故选项C正确。
D. 由于反应是可逆反应，因此达到平衡时放出热量小于Q，故选项D错误。
4. C。解析：等效平衡思想不会用，不会选择；用了但是思维方式单一，发散不开，多错选B；只有部分同学能考虑全面——等量等效2、及等比等效3.
另，其实在选项的表述中的“只能”、“可能”、“也可能”等，就带有选择性的导向性，不开不察哦。