化學平衡中不同平衡狀態(tài)的比較

摘要：化學平衡是高中基礎理論知識中最難理解的部分之一，尤其是同一個可逆反應在相同條件下或不同條件下達到不同平衡狀態(tài)時各組分不同物理量的比較，學生在進行解答時感到特別的困難。

關鍵詞：化學平衡 不同平衡狀態(tài)比較 高中化學

如何讓學生掌握并靈活應用化學平衡中不同平衡狀態(tài)的比較，就成為教學研究的一個重要課題。本文結合我近幾年的教學實踐進行一些探討，力求有所突破。根據(jù)這類題的特點，概括為以下兩種情況，分類解答。

一、如果題目中給定的是同一可逆反應在相同條件下（恒溫恒容或恒溫恒壓），只是起始投料情況不同所形成的不同平衡狀態(tài)的比較問題，則先考慮等效平衡，如果是等效平衡就根據(jù)不同等效平衡的特征進行解答；如果不是等效平衡則利用圖示分解法進行解答

關于等效平衡的判定及特征具體分析如下：

（一）等效平衡定義

等效平衡指的是效果相同的平衡，從兩個不同的起始狀態(tài)開始的可逆反應，平衡時兩個體系中對應組分的百分含量相同，互稱為等效平衡。

對概念的理解應把握以下幾點：（1）外界條件相同。通?？梢允牵孩俸銣?、恒容；②恒溫、恒壓。（2）“等效平衡”與“完全相同的平衡狀態(tài)”不同：“完全相同的平衡狀態(tài)”是指平衡時，任何相同組分的百分含量相等，并且反應的速率、各組分的物質(zhì)的量、濃度等也相同。而\"等效平衡\"只要求平衡混合物中各組分的百分含量對應相同，而壓強、反應的速率等可以不同。（3）平衡狀態(tài)的建立與途徑無關。

（二）等效平衡規(guī)律

1.恒溫恒容：①反應前后氣體系數(shù)不變的可逆反應，只要全轉(zhuǎn)化后反應物（或生成物）物質(zhì)的量的比值與原平衡相同，則等效。平衡時物質(zhì)的百分含量對應相同，各物質(zhì)的量，濃度成倍數(shù)關系。②反應前后氣體系數(shù)不相等的可逆反應，按化學計量數(shù)全轉(zhuǎn)化后反應物（或生成物）物質(zhì)的量與原平衡相同，則兩平衡等效。平衡時，每種物質(zhì)的量、濃度和百分含量都對應相同，即兩平衡完全相同，是完全等效。

2.恒溫恒壓，只要全轉(zhuǎn)化后反應物（或生成物）物質(zhì)的量的比值與原平衡相同，則兩平衡等效。達到平衡時物質(zhì)的百分含量，濃度對應相同，物質(zhì)的量成倍數(shù)關系。

【補充】①分別從反應物和產(chǎn)物兩個不同方向投料的等效平衡其反應物轉(zhuǎn)化率之和等于一；②分別從反應物和產(chǎn)物兩個不同方向投料且全轉(zhuǎn)化后量完全相等（且與方程式系數(shù)相同）的等效平衡其達到平衡時吸收和放出的熱量之和等于該反應的反應熱。

（三）等效平衡的判斷及處理

1.步驟

（1）進行全轉(zhuǎn)化——一邊倒法，即按照反應方程式的計量數(shù)之比轉(zhuǎn)化到同一邊的量，與題干所給起始投料情況比較。

（2）判斷起始濃度是否相當。

2.三種類型

ⅰ類：恒溫恒容，反應前后氣體體積發(fā)生變化的反應（即△n≠0的體系）：全轉(zhuǎn)化后，對應各物質(zhì)起始投料的物質(zhì)的量與原平衡相同。

ⅱ類：恒溫恒容，反應前后氣體體積沒有變化的反應（即△n=0的體系）：全轉(zhuǎn)化后，只要反應物（或生成物）的物質(zhì)的量的比例與原平衡相同，則等效。

ⅲ類：恒溫恒壓，全轉(zhuǎn)化后，只要反應物（或生成物）的物質(zhì)的量的比例與原平衡相同，則等效。

概括為：等壓比相等；等容量相等，但若系（氣體系數(shù)）不變，可為比相等。

關于圖示分解法的使用條件，使用方法及所能解決的問題分析如下：

（一）圖示分解法的使用條件

審清題干：大前提必須是在恒溫恒容條件下進行的可逆反應，再按化學計量數(shù)換算成反應方程式同一邊的物質(zhì)，只要各反應物的物質(zhì)的量之比相同則可運用該方法。注意：如果反應物只有一種，只要能全轉(zhuǎn)化，則可運用該方法。

（二）圖示分解法的使用方法

總結：可簡單概括為：加量即加壓，減量即減壓。

（三）圖示分解法所能解決的問題

圖示分解法用于不同平衡狀態(tài)的比較時，可解決非等效平衡時，勒夏特列原理所不能解決的問題，具體概括如下：

①轉(zhuǎn)化率，百分含量等比值問題；

②不同平衡狀態(tài)時，同一組分的濃度或體系的壓強倍數(shù)的大小關系。

注意：切忌不可用圖示分解法去解決平衡移動方向問題。

二、如果題目中所給的反應是在不同條件下（一個是恒溫恒容條件，另一個是恒溫恒壓條件）但投料量相同建立的平衡，比較平衡時相同組分同一物理量（如轉(zhuǎn)化率，百分含量等）的大小關系時

方法如下：

審清題目，找出兩個容器達到平衡時體積的大小關系，再將體積大的容器加壓變?yōu)轶w積小的容器（或?qū)Ⅲw積小的容器減壓變?yōu)轶w積大的容器），利用勒夏特列原理判斷出平衡如何移動，繼而便可比較出大小關系。

例題：

1.一定條件下，2SO3（g）2SO2（g）+O2（g），向1.6 LA（A容器可以自由滑動）和2LB密閉容器中各通人2 molSO3（g），在相同溫度和有催化劑的條件下兩容器各自達到平衡，測得A容器為1.8L，則A容器中SO3的轉(zhuǎn)化率為______；此時A容器中SO3的轉(zhuǎn)化率要比B容器中SO3的轉(zhuǎn)化率要______（填“大”、“小”或“相等”）；兩容器達到平衡所用的時間是A______（填“大于”、“小于”或“相等”）B；能否計算出B容器中反應的化學平衡常數(shù)______填“能”或“不能”），其理由是______。

2.打開K一段時間再達平衡時，A容器的體積為______L（連通管中氣體體積不計）。

解析：A為恒溫恒壓可逆反應，B為恒溫恒容可逆反應，（1）由模式法可計算出SO3的轉(zhuǎn)化率為25%；平衡時A容器為1.8L，B容器仍為2L，由A減壓可變?yōu)锽，根據(jù)勒夏特列可知減壓反應正移，所以SO3轉(zhuǎn)化率增大，即A中SO3的轉(zhuǎn)化率要比B??；A體積始終比B小，所以各物質(zhì)濃度大于B，所以化學反應速率大于B，所以兩容器達到平衡所用的時間是A小于B；化學平衡常數(shù)僅是溫度的函數(shù)，A與B溫度相同，所以化學平衡常數(shù)相同，由模式法便可計算出A中化學平衡常數(shù)。

3.打開K，AB聯(lián)通，相當于恒壓下建立平衡，與打開K前的A互為恒溫恒壓下的等效平衡，利用等效平衡的特征可算出A容器的體積為1.6L。

應用上述方法教學后，絕大部分學生認為：思路清晰、方法易學、有鉆研興趣。學生作業(yè)和測試結果均是做題快，準確度高，教學效果明顯。