等效平衡的原理、實(shí)質(zhì)、類型及應(yīng)用

徐昭

在高中化學(xué)“選修4（化學(xué)反應(yīng)原理）”化學(xué)平衡特征教學(xué)時(shí)，有一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)——等效平衡。等效平衡是該節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)，有關(guān)資料表述不多，理解困難，只有準(zhǔn)確而全面地介紹等效平衡的原理、實(shí)質(zhì)、類型及應(yīng)用，才能使學(xué)生掌握該問題。

一、等效平衡的原理及實(shí)質(zhì)

由于化學(xué)平衡狀態(tài)的建立與條件有關(guān)，而與建立平衡狀態(tài)的途徑無關(guān)。所以對(duì)于同一可逆反應(yīng)，當(dāng)起始投料方式不同時(shí)，在相同的反應(yīng)條件（等溫等容或等溫等壓）下，無論從正反應(yīng)開始還是從逆反應(yīng)開始，或者從相應(yīng)的反應(yīng)中間某一時(shí)刻開始，經(jīng)過足夠的時(shí)間，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)后，各組份的“含量對(duì)應(yīng)相等”，此即等效平衡原理。顯然“含量對(duì)應(yīng)相等”指的是達(dá)到平衡時(shí)各組份的“物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、氣體體積分?jǐn)?shù)”等對(duì)應(yīng)相等，這就是等效平衡原理的實(shí)質(zhì)所在。

二、等效平衡的類型及應(yīng)用

根據(jù)形成平衡的條件，可將等效平衡分為等溫等容下的等效平衡、等溫等壓下的等效平衡和等溫兩邊氣體分子數(shù)相等的等效平衡。

1.等溫等容下的等效平衡

在等溫等容下，對(duì)于任何一個(gè)可逆反應(yīng)，不論以何種方式投料，只要轉(zhuǎn)化到與原始投料方式相同的物質(zhì)上時(shí)，能與之“對(duì)應(yīng)相等”，則可建立等效平衡，若不“對(duì)應(yīng)相等”，則不是等效平衡。

舉例如下：

在一定溫度下，把2molSO2和1molO2通入一個(gè)容積固定的密閉容器中，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SO2、O2和SO3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(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)完全相同，請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

（1）若a=0，b=0，則c=________；

（2）若a=0.5，則b=________，c=________；

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

解：根據(jù)等溫等容下的等效平衡原理，

（1）a=0，b=0得c=2；

（2）a=0.5得c=1.5，b=0.25；

（3）a+c=2；b+c/2=1。

2.等溫等壓下的等效平衡

在等溫等壓下，對(duì)于任意可逆反應(yīng)，不論以何種方式投料，只要轉(zhuǎn)化到與原始投料方式相同的物質(zhì)上時(shí)，能與之“對(duì)應(yīng)成比例”，則可建立等效平衡，若不“對(duì)應(yīng)成比例”，則不是等效平衡。

舉例如下：

在一個(gè)裝有催化劑的容積可變的密閉容器中，保持一定溫度和壓強(qiáng)，進(jìn)行如下反應(yīng)：N2+3H2=2NH3，已知加入1molN2和4molH2時(shí)，保持平衡時(shí)各組份的體積分?jǐn)?shù)不變，對(duì)下列編號(hào)①～③的狀態(tài)，填寫表中的空白。

解：根據(jù)等溫等壓下的等效平衡原理，對(duì)于可逆反應(yīng)N2+3H2=2NH3，當(dāng)n（NH3）=0時(shí)，只要n（N2）/n（H2）=1/4時(shí)，所有的平衡都是等效平衡，所以：

①令平衡時(shí)n（NH3）=x，則1/1.5=a/x，得x=1.5amol；

②令n（N2）=x，n（H2）=y，由于n（NH3）=1mol，此狀態(tài)相當(dāng)于起始時(shí)，n（N2）=（x+0.5）mol，n（H2）=（y+1.5）mol，n（NH3）=0mol，所以有1/（0.5+x）=4/（y+1.5）=a/0.5a，得x=0mol；y=0.5mol；

③令n（NH3）=x，此狀態(tài)相當(dāng)于起始時(shí)，n（N2）=（m+x/2）mol，n（H2）=（n+3x/2）mol，n（NH3）=0mol，所以有（m+x/2）/（n+3x/2）=1/4，得x=2（n-4m）mol。

令平衡 時(shí)n（NH3）=y，則1/（m+x/2）=1/[m+2（n-4m）/2]=a/y，得y=a（n-3m）mol。

3.溫度一定，兩邊氣體分子數(shù)相等的等效平衡

對(duì)于反應(yīng)前后氣體體積不變的可逆反應(yīng)，只要溫度一定，不管是體積一定還是壓強(qiáng)一定，只要把反應(yīng)混合物中各物質(zhì)轉(zhuǎn)化到與原始投料方式相同的物質(zhì)上時(shí)，能與之“對(duì)應(yīng)成比例”，則可建立等效平衡，若不“對(duì)應(yīng)成比例”，則不是等效平衡。

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（作者單位：貴州省都勻市第三中學(xué)）endprint