等效平衡的建立與等效平衡狀態(tài)的特點

李洪彬

【摘要】 化學平衡理論是中學化學主干知識，中學化學的難點之一。在學習化學平衡的過程中等效平衡問題是我們分析平衡移動方向的一種重要的方法，同一可逆反應在一定條件下建立的各個平衡體系中各組分的百分含量分別對應相等，這些平衡狀態(tài)即視作等效平衡狀態(tài)。等效平衡狀態(tài)又可以分為相同平衡狀態(tài)和相似平衡狀態(tài)。在一定條件下的可逆反應，當達到化學平衡時，同種物質(zhì)的物質(zhì)的量分別對應相等，這樣的平衡稱為相同平衡或稱為同一平衡；同種物質(zhì)的相對含量相同（物質(zhì)的量成比例），這樣的平衡稱為相似平衡。

【關(guān)鍵詞】 平衡 等效平衡

【中圖分類號】 G423 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1006-5962（2013）01（a）-0079-02

1 等效平衡的建立

類型I：一定條件下的可逆反應，換算為方程式同一側(cè)物質(zhì)后各物質(zhì)起始投料量與原平衡起始狀態(tài)相同，則最終建立相同平衡狀態(tài)。

例1.某溫度下1L密閉容器中加入1molN2和3molH2，使反應N2+3H22NH3達到平衡，測得平衡混合氣體中N2、H2、NH3物質(zhì)的量分別為m mol、n mol、g mol。如溫度不變，只改變初始加入的物質(zhì)的量，達到平衡時N2、H2、NH3的物質(zhì)的量與原平衡相同，則N2、H2、NH3加入的物質(zhì)的量用x、y、z表示時，應滿足條件：

（1）若x=0，y=0，則z=___。

（2）若x=0.75mol，則y=___，z=___。

（3）x、y、z應滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個含x和y，另一個只含y和z）___。

解析：此題各問為相同平衡狀態(tài)（1）將題干中的初始量正向極限轉(zhuǎn)化則得NH3為2mol；

（2）將z逆向轉(zhuǎn)化則N2為0.75+0.5z，H2為y+1.5z，分別等于1mol和3mol即可解得y、z。

（3）與（2）解法相似。

答案：（1）2 （2）2.25 0.5 （3）y=3x 2y+3z=6

類型Ⅱ：恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體體積不變的可逆反應，換算為方程式同一側(cè)物質(zhì)，其“量”成同一比例，則最終建立的平衡為相似平衡（此類型下的等效平衡必須要求反應前后氣體體積不變，這是類型Ⅱ的根本性標志）

例2.在一個固定體積的密閉容器中，加入2molA和1molB發(fā)生反應：

2A（g）+B（g）2C（g）+D（g），達到平衡時，C的體積百分含量為w%。若維持容器體積和溫度不變，按下列四種配比作為起始物質(zhì)，達平衡后，C的百分含量仍為w%的是（ ）

A、2molA+2molB B、2molA+1molB+2molC+1molD

C、1molB+2molC+1molD D、2molC+1molD

解析：此題為類型Ⅱ，將各選項的C、D逆向極限轉(zhuǎn)化，得物質(zhì)A、B分別為：選項B：4mol；2mol。選項C：2mol；2mol。選項D：2mol；1mol

答案：BD

類型Ⅲ：恒溫恒壓條件下的可逆反應，換算為方程式同一側(cè)物質(zhì)，其“量”符合同一比例，則最終兩平衡為相似平衡

例3.在恒溫恒壓下，向可變?nèi)莘e的密閉容器中充入3LA和2LB，發(fā)生如下反應：

3A（g）+2B（g）xC（g）+yD（g）達平衡時，C的體積分數(shù)為w%，若維持溫度、壓強不變，將0.6LA、0.4LB，4LC、0.8LD作為起始物質(zhì)充入密閉容器中，達到平衡時C的體積分數(shù)仍為w%，則x，y的值分別為（ ）

A.x=3，y=1 B.x=4，y=1

C.x=5，y=1 D.x=2，y=3

解析：此題為恒溫恒壓下的等效平衡，則C、D必可逆向極限轉(zhuǎn)化為A、B，即x：y=4：0.8

答案：C

在習題過程中應先判斷出是否等效平衡及所屬的等效平衡的類型再動筆，以免發(fā)生錯誤。另外有些可逆反應的平衡移動方向不好判斷，必要時可借助虛擬平衡進行判斷。

2 對于反應一側(cè)只有一種氣體的可逆反應的平衡移動問題

當可逆反應一側(cè)只有一種氣體時充入該氣體對化學平衡會產(chǎn)生怎樣的影響呢？例如：同溫同壓下的可逆反應2NH3（g）N2（g）+3H2（g）（起始狀態(tài)為NH3）達到平衡時向體系中充入N2或H2平衡都將向逆向移動，這我們很容易理解?？墒侨绻淙隢H3呢？我們一般會得出平衡將向著正反應方向移動的結(jié)論，但結(jié)果并不是這樣，為了說明這個問題，請看下面的圖示：

注：平衡Ⅰ：1molNH3在恒溫恒容條件下建立的平衡；

平衡Ⅱ：相當于2molNH3在恒溫恒壓條件下建立的平衡。

分析：從圖中我們?nèi)菀桌斫夂推胶猗裣啾绕胶猗驔]有發(fā)生移動。（左圖中虛線框內(nèi)的部分）即在恒溫恒壓條件下充入NH3平衡不發(fā)生移動。

如果是恒溫恒容條件，我們還應在平衡Ⅱ的基礎(chǔ)上將容器體積壓縮到原來的大小。即平衡Ⅲ，由于壓強增大，平衡向逆反應方向移動，因此和平衡Ⅰ相比恒溫恒容條件下充入NH3平衡向逆反應方向移動了

從以上分析我們可以得出下面的結(jié)論：當可逆反應一方只有一種氣體時對于從該方向上建立的平衡體系充入該氣體對平衡的影響由壓強決定，即恒溫恒壓條件下平衡不移動；恒溫恒容條件下向氣體體積減小的方向移動。

例4.恒溫恒壓下，在容積可變的器皿中，反應2NO2（氣） N2O4（氣）達到平衡后，向容器內(nèi)通入一定量NO2，再次達到平衡時，NO2的體積分數(shù) （ ）

A.不變 B.增大 C.減小 D.無法判斷

解析：再次充入NO2后因為壓強不變，因此新平衡與原平衡等效，則NO2的體積分數(shù)不變。

答案：A

例5.上題中的條件若改成恒溫恒容呢？

解析：與上題恒壓的分析方法類似，在恒容條件下充入NO2體系的壓強變大因此平衡向正向移動，因此NO2的體積分數(shù)減小。

答案：C

另外，例4、例5中充入的氣體也可以改成N2O4，其結(jié)果與上面的答案完全相同，分析方法也相同。

3 等效平衡的平衡特點

不同類型的等效平衡的平衡特點如下表所示：

例6.在一定溫度下，一定體積的密閉容器中有如下平衡：H2（g）+I2（g）2HI（g）已知H2和I2的起始濃度均為0.10mol/L時，達平衡時HI的濃度為0.16mol/L。若H2和I2的起始濃度均變?yōu)?.20mol/L，則平衡時H2的濃度是

A.0.16mol/L B.0.08mol/L C.0.04mol/L D.0.02mol/L

解析：此題為恒溫恒容條件下的相似平衡。屬于類型Ⅱ，新平衡體系中H2的濃度是原平衡體系中H2濃度的2倍，只要求出原平衡體系中的H2濃度為0.02mol/L即可。

答案：C

以上是我在教學中對等效平衡的一些理解，有敘述不準確或錯誤之處，希望能得到各位專家的批評指正。