例論等效平衡原理及規(guī)律

張樹英

摘要：同一可逆反應(yīng)體系，當(dāng)外界條件一定時，反應(yīng)無論從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，最后都能達到平衡狀態(tài)。平衡混合物中各同種物質(zhì)的含量相同，或者是各同種物質(zhì)的物質(zhì)的量相同的平衡狀態(tài)都是所謂等效平衡。

關(guān)鍵詞：等效平衡 規(guī)律 典例

中圖分類號：G633.8文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1002—7661（2012）22—0047—02

化學(xué)平衡狀態(tài)是指在一定條件下的可逆返應(yīng)置，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，此時反應(yīng)混合物里各組成成份和含量都保持不變，即前提是V正=V逆。當(dāng)外界條件一定時，反應(yīng)無論從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，最后都能達到平衡狀態(tài)。其中平衡混合物中各同種物質(zhì)的含量相同，或者是各同種物質(zhì)的物質(zhì)的量相同的平衡狀態(tài)都是所謂等效平衡。

一、恒溫恒容條件下的等效平衡

Ⅰ類：對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)改變的可逆反應(yīng)，只改變起始時如入物質(zhì)的物質(zhì)的量，只要通過可逆反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)比換算成化學(xué)平衡方程式同一半邊的物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同，則兩平衡等效（等同平衡）。

Ⅱ類：對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，只要反應(yīng)物（或生成物）的物質(zhì)的量的比值與原平衡相同，兩平衡等效（等比例平衡）。

二、恒溫恒壓條件下的等效平衡

改變起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量，只要按該可逆反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)換算成同一半邊的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則達平衡后與原平衡等效（等比例平衡）。

判斷等效平衡的關(guān)鍵是“各同種物質(zhì)的含量相同”。這其中的含量，可以是物質(zhì)的量或物質(zhì)的量分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)或體積分數(shù)。其次是弄清題設(shè)條件，是恒溫恒容條件的應(yīng)用，還是在恒溫恒壓條件下的應(yīng)用。

三、等效平衡規(guī)律

1.在定溫、定容條件下，對于反應(yīng)前后不等分子的可逆反應(yīng)，只改變起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量，如通過可逆反應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)換算成同一半邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡相同，則兩平衡等效。

2.在定溫、定容條件下，對于反應(yīng)前后氣體等分子的可逆反應(yīng)，只要反應(yīng)物（或生成物）的物質(zhì)的量的比值與原平衡相同，兩平衡等效。

3.在定溫、定壓下，改變起始時加入物質(zhì)的物質(zhì)的量，無論等分子或不等分子的可逆反應(yīng)，只要按化學(xué)計量數(shù)換成同一半邊的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則達平衡后與原平衡等效。

四、等效平衡計算典例

例1：在一定溫度下，把2molSO2和1molO2通入一個一定容積的密閉容器里，發(fā)生如下反應(yīng)：2SO2+O22SO3，當(dāng)此反應(yīng)進行到一定程度時，反應(yīng)混合物就處于化學(xué)平衡狀態(tài)。現(xiàn)在該容器中，維持溫度不變，含a、b、c分別代表初始加入的S02、O2和S03的物質(zhì)的量（mol），如果a、b、c取不同的數(shù)值，它們必須滿足一定的相互關(guān)系，才能保證達到平衡時反應(yīng)混合物中三種氣體的體積分數(shù)仍跟上述平衡時的完全相同，請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

（1）若a=0、b=0，則c=___________。

（2）若a=0.5，則b=___________和c=___________。

（3）a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個只含a和c，另一個只含b和c）： ，。

解析：這是一個等溫等容條件下不等分子的等效平衡題（等同平衡）。首先，平衡狀態(tài)的建立與反應(yīng)途徑無關(guān)，對于該條件下的反應(yīng)，初始態(tài)是2mol SO2和1mol O2混合物或是2mol純凈的SO3，兩者是等同的，最終達到平衡狀態(tài)完全相同。因此（1）中C=2。而（2）中初始整是從正逆反應(yīng)同時開始，當(dāng)a=0.5，則b==0.25，按方程式計量系數(shù)換算成一邊與0.5mol SO3是等效的，若要與原平衡等效（等同平衡），則還需加入1.5mol SO3。（3）中要求將具體問題抽象為普通規(guī)律，首先將生成物通過化學(xué)方程式等價轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物（即一邊倒），再去建立等同平衡關(guān)系。

Cmol S03相當(dāng)于Cmol SO2+mol02即投入的SO2或SO3轉(zhuǎn)化為一邊應(yīng)與原平衡SO2的量相同，即a+c=2，同理加入的02與SO3完全轉(zhuǎn)化為02的量（倒成一邊）之和應(yīng)與原O2相同，即b+=1。

答案：（1）2，（2）0.25、1.5；（3）a+c=2，b+=1。

例2：在一個盛有催化劑可變的密閉容器中，保持一定溫度和壓強，進行以下反應(yīng)：N2+3H22NH3。已知加1mol N2和4mol H2時，達到平衡后生成amol NH3。在相同溫度、壓強下，保持平衡時各組分的體積分數(shù)不變，對下列編號①～③的狀態(tài)，填寫表中的空白。

解析：這是一例等溫等壓下不等分子的等效平衡（等比例平衡），從題干知n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，因為是等溫等壓，所以只需各物質(zhì)對應(yīng)物質(zhì)的量成比例，即為等效平衡。所以①中1.5：6：NH3（平衡）=1.5：6：1.5a；②起始狀態(tài)時，有1molNH3，按方程式計量系數(shù)換算成N2和H2分別為0.5mol和1.5mol，按1：4：a可得0.5：2：0.5a，故N2和H2原有物質(zhì)的量應(yīng)為0和2—1.5=0.5（mol）。③設(shè)起始n（NH3）為xmol，則N2和H2總量分別為（m+）mol和（g+）mol，則（m+）：（g+）=1：4，解得x=2（g—4m）。設(shè)n（NH3）平衡為ymol，可得4：a=（g+）：y，所以y=（g—3m）a

答案：①1.5a ②0，0.5 ③2（g—4m），（g—3m）a

其它等溫等壓等分子的類型，如同例2，建立等比例平衡即可。