等效平衡的幾種典型解題模式的探討

龍中洪

化學(xué)平衡是高中化學(xué)的一個(gè)重要教學(xué)內(nèi)容，在近十幾年來所涉及的各種版本中都得到了充分的體現(xiàn)，延續(xù)到目前的新課程改革，在實(shí)施的新課標(biāo)中依舊占據(jù)著相當(dāng)重要的地位和作用，也是歷年來高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。等效平衡作為化學(xué)平衡中的難點(diǎn)，在一線的教學(xué)實(shí)踐中教師教得困難，學(xué)生學(xué)得艱難，整體表現(xiàn)在知識點(diǎn)和內(nèi)容抽象難懂，造成的結(jié)果是學(xué)生在訓(xùn)練及考試中準(zhǔn)確率極低。就如何突破這一難點(diǎn)，讓學(xué)生便于掌握，并且能夠靈活應(yīng)用，結(jié)合多年的高中化學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我將等效平衡問題歸為了幾類典型的解題模式進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，取得了較好教學(xué)的效果。

一、準(zhǔn)確理解等效平衡的概念

1、概念

在一定的條件（恒溫恒容或恒溫恒壓）下，對同一個(gè)可逆反應(yīng)，無論采取何種途徑，即反應(yīng)無論從正反應(yīng)方向開始還是從逆方向開始，無論是一次投料還是分步投料，只要最后達(dá)到平衡狀態(tài)是相同的，任何相同組分的含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）是相同的，則這樣的化學(xué)平衡互稱為等效平衡。

2、概念的理解：

（1）外界條件相同：可以是①定溫、定容，②定溫、定壓。

（2）相同的平衡狀態(tài)：通常是指平衡混合物各組分的百分含量（指質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）相同，但各組分的物質(zhì)的量、濃度可能不同。

（3）建立平衡狀態(tài)的途徑：

①可加入反應(yīng)物，從正反應(yīng)方向開始，也可加入生成物，從逆反應(yīng)方向開始；

②可同時(shí)加入反應(yīng)物和生成物，從正、逆反應(yīng)方向同時(shí)開始；

③可以是一次投料，也可以是分步投料。

二、等效平衡的分類和判斷方法

1、定溫、定容條件下的等效平衡

（1）對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的可逆反應(yīng)

特點(diǎn)：兩次平衡時(shí)各組分的體積分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、各組分的物質(zhì)的量或物質(zhì)的量濃度均相同。

判斷方法：若改變起始加入情況，只要通過可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊任一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量與原平衡完全相同，則二平衡等效。

例題1 在一定溫度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一個(gè)一定容積的密閉容器里，發(fā)生如下反應(yīng)：

2SO2+O2 2SO3

當(dāng)此反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，反應(yīng)混合物就處于化學(xué)平衡狀態(tài)?，F(xiàn)在該容器中，維持溫度不變，令a、b、c分別代表初始加入的SO2、O2和SO3的物質(zhì)的量。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(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時(shí)的完全相同。請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

（2）對于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)

特點(diǎn)：兩次平衡時(shí)各組分百分含量相同，物質(zhì)的量以及物質(zhì)的量濃度同比例變化。

判斷方法：只要反應(yīng)物（或生成物）的物質(zhì)的量的比與原平衡相同，則二平衡等效。

例題2 在一固定容積的密閉容器中充入2molA和1molB，發(fā)生反應(yīng)：2A（氣）+B（氣） xC（氣），達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)為W%。若維持容器體積和溫度不變，按0.6molA、0.3molB和1.4molC為起始物質(zhì)，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)仍為W%，則x值為（ ）

A、1 B、2 C、3 D、4

【解析】若反應(yīng)前后氣體體積不變，則x=3，要保持C的體積分?jǐn)?shù)不變，只需要起始狀態(tài)的物質(zhì)的量之比不變，反應(yīng)物的系數(shù)比為 n（A）：n（B）= 2：1，而0.6：0.3 = 2：1，C完全轉(zhuǎn)化成A和B生成的量之比總等于2：1，所以x=3成立。此種情況是等效平衡而不等同。

若反應(yīng)前后氣體體積不相等，要保持C的體積分?jǐn)?shù)不變，兩種情況的起始量必須相等，1.4molC必須轉(zhuǎn)化為1.4molA和0.7molB，所以x=2成立。此種情況是等同平衡，也一定等效。本題正確答案為B、C。

2、定溫、定壓條件下的等效平衡（體積可變或體積不變的反應(yīng)）

特點(diǎn)：兩次平衡時(shí)各組分百分含量、物質(zhì)的量濃度相同，物質(zhì)的量同比例變化

判斷方法：若改變起始加入情況，只要通過可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比相同。

【解析】對于一般的可逆反應(yīng)，在恒溫恒壓條件下，只要按化學(xué)計(jì)量數(shù)換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則達(dá)平衡后，與原平衡等效。

①因?yàn)閺念}干可知n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，所以①狀態(tài)下n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1.5：6：1.5a。

②起始狀態(tài)時(shí)，有1mol NH3，則相當(dāng)于起始時(shí)有N2和H2分別為0.5mol和1.5mol，按n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，可得②狀態(tài)時(shí)n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=0.5：2：0.5a，所以原有N2和H2分別為0和0.5mol。

注意：上述三種情況的等效均指的是平衡混合物中各組分的百分含量保持不變。實(shí)際上三種等效是有差別的，定溫、定容條件下的等效平衡是絕對等效（包括濃度、密度、平均相對分子質(zhì)量都相等），而后兩種情況則是物質(zhì)的量存在倍數(shù)的關(guān)系。

規(guī)律總結(jié)：對于氣體參加的可逆反應(yīng)，在溫度恒定的條件下，涉及體積與壓強(qiáng)以及平衡移動有關(guān)判斷的問題時(shí)，可設(shè)計(jì)一些等效平衡的中間狀態(tài)來進(jìn)行求解。這樣能降低思維的難度，變難為易、變抽象為直觀，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中更容易理解、掌握和應(yīng)用。