氣體平均相對分子質(zhì)量變化規(guī)律

孫思海

在化學(xué)平衡問題中，經(jīng)常遇到氣體平均相對分子質(zhì)量的計(jì)算與判斷問題，這是化學(xué)平衡理解的一個難點(diǎn)，應(yīng)認(rèn)真總結(jié)，全面掌握。

一、總體思路

要判斷氣體平均相對分子質(zhì)量的大小，應(yīng)首先計(jì)算氣體平均摩爾質(zhì)量，可用公式為：M=mn。

二、分類討論

1.反應(yīng)物與產(chǎn)物均為氣體的可逆反應(yīng)

該類題目關(guān)系簡單，反應(yīng)前后物質(zhì)均為氣體，故反應(yīng)過程中氣體總質(zhì)量不變，平均相對分子質(zhì)量僅與物質(zhì)的量有關(guān)。若平衡移動使氣體物質(zhì)的量增加，則平均相對分子質(zhì)量減??；平衡移動使氣體物質(zhì)的量減小，則平均相對分子質(zhì)量增大。對反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不變的可逆反應(yīng)，無論平衡如何移動，平均相對分子質(zhì)量不變。以上規(guī)律反之亦成立。

例1在t1℃反應(yīng)2A（g）B（g）+Q達(dá)到平衡時氣體平均相對分子質(zhì)量為M1，t2℃時該反應(yīng)達(dá)到平衡時混合氣體平均相對分子質(zhì)量為M2。當(dāng)平衡從t1℃升到t2℃時，下列說法正確的是（ ）。

A.若M1>M2，平衡向右移動，Q<0

B.若M1

C.若M1>M2，平衡向左移動，Q>0

D.若M10

解析根據(jù)公式M=mn，氣體質(zhì)量m一定，若平衡右移，則n值減小，M增大，若平衡左移，則n值增大，M減小?，F(xiàn)在溫度由t1℃升到t2℃（t2>t1），Q>0平衡向左移動，M1>M2，答案選C。

例2在一個x L的密閉容器中放入A（g）和z L B（g），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：

3A（g）+B（g）nC（g）+2D（g）

達(dá)平衡后，A的濃度減少12，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量比原氣體增大18，式中n值為（ ）。

A.1 B.2 C.3 D.4

解析 A的濃度減少12，混合氣體平均相對分子質(zhì)量增大18，說明正反應(yīng)是氣體體積減小的反直，則有3+1>n+2，故n<2，所以，n=1。答案A。

規(guī)律反應(yīng)物與產(chǎn)物均為氣體的可逆反應(yīng)，若反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量相等，無論增大還是減小壓強(qiáng)，氣體平均相對分子質(zhì)量不變；若反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量不等，增大壓強(qiáng)，氣體平均相對分子質(zhì)量增大；減小壓強(qiáng)，氣體平均相對分子質(zhì)量減小。

2.有固體參加或生成的可逆反應(yīng)

（1）反應(yīng)前后僅一種氣體，則氣體相對分子質(zhì)量就是該氣體式量，故無論平衡如何移動，氣體相對分子質(zhì)量不變。如

CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）

氣體只有CO2，氣體相對分子質(zhì)量為44。

（2）一般的有氣體參加的可逆反應(yīng)，則

①若反應(yīng)是從含固體的一側(cè)開始，則規(guī)律較容易。試看下面兩個反應(yīng)：

在反應(yīng)

PCl5（s）PCl3（g）+Cl2（g）

中，反應(yīng)開始加入PCl5，反應(yīng)過程中生成n（PCl3）∶n（Cl2）=1∶1.

故無論化學(xué)平衡如何移動，n（PCl3）與n（Cl2）比值總為1∶1。即平均相對分子質(zhì)量不變，其數(shù)值為104.25。

在反應(yīng)

2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）

中，反應(yīng)從CO（NH2）2和水開始建立平衡，按極值法，開始時氣體相對分子質(zhì)量為18。全部轉(zhuǎn)化為NH3和CO2時，生成的n（NH3）∶n（CO2）=2∶1，二者M(jìn)=26。當(dāng)改變外界條件時，平衡左移，則氣體相對分子質(zhì)量增大；若平衡右移，則氣體相對分子質(zhì)量減小。但無論如何移動，其數(shù)值總介于18～26之間。

②若反應(yīng)從不含固體的一側(cè)開始或不能確定開始時進(jìn)行的方向，則應(yīng)進(jìn)行討論。以

2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）

為例：反應(yīng)開始時加入NH3和CO2，設(shè)建立平衡時氣體相對分子質(zhì)量為M1，氣體的總物質(zhì)的量為n1 mol。通過改變外界條件（如加壓）使平衡右移，達(dá)新平衡時氣體平均相對分子質(zhì)量為M2。設(shè)平衡移動使CO2減少x mol。則

2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）

2 mol1 mol60 g1 mol

x mol60x g

當(dāng)平衡向右移使CO2減少x mol時，整個反應(yīng)氣體物質(zhì)的量減少2x mol，于是可得

M2=M1n1-60xn1-2x

=M1（n1-2x）+（2M1x-60x）n1-2x

=M1（n1-2x）+2x（M1-30）n1-2x

=M1+2xn1-2x（M1-30）

根據(jù)平衡移動原理可知，2x>0，n1-2x>0。

若M1-30>0，則M2>M1，即當(dāng)44>M1>30時，平衡右移使氣體平均相對分子質(zhì)量增大。

若M1-30=0，則M1=M2，即當(dāng)M1=30時，平衡右移，但氣體平均相對分子質(zhì)量不變。

若M1-30<0，則M2

例3在固定容積的密閉容器中，A和B發(fā)生下列反應(yīng)，A（s）+2B（g）2C（g）-Q（Q>0），在一定條件下達(dá)到平衡，若升高溫度則達(dá)平衡后混合氣體的（）。

A.平均相對分子質(zhì)量增大B.密度增大

C.平均相對分子質(zhì)量減小D.密度減小

解析升溫使平衡向右移動，由于固體A的消耗使氣體質(zhì)量增大，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，密度增大。答案選AB。

例4一定溫度下碳與水蒸氣在密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，建立化學(xué)平衡：

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）-Q

（1）平均混合氣體的平均相對分子質(zhì)量M1的取值范圍為>M1>。

（2）若使用CO和H2從逆反應(yīng)方向在相同溫度下建立平衡，則平衡混合氣體的平均相對分子質(zhì)量M1的取值范圍為>M1>。

此時若加壓，平衡將（填“向左”、“向右”或“不”）移動，設(shè)原平衡時混合氣體的物質(zhì)的量為a mol，加壓重新達(dá)到平衡后，氣體比原平衡減少b mol，新平衡混合氣體平均相對分子質(zhì)量M2與M1的關(guān)系為M2=（用M1、a、b的代數(shù)式表示）。

（3）在（2）建立的平衡中，當(dāng)

①M(fèi)2=M1時，M2=，此時反應(yīng)開始時，所用CO、H2O的物質(zhì)的量之比=。

②當(dāng)M1<時，M2

③當(dāng)M1>時，M2>M1。

（4）由（3）得出結(jié)論：從逆反應(yīng)方向建立平衡時，M2與M1的相對大小主要取決于。

解析（1）反應(yīng)由碳和水蒸氣開始，開始?xì)怏w只有水，M（H2O）=18，隨反應(yīng)的進(jìn)行生成CO和H2，二者物質(zhì)的量相等，平均式量M=15。在建立平衡的過程中，氣體相對分子質(zhì)量逐漸減小，但不能小于15，故15

（2）反應(yīng)從逆反應(yīng)方向開始，則M（H2）

加壓時可使平衡向左移動，則

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）減少量

12 g1 mol1 mol1 mol1 mol

12b gb mol

所以M2=aM1-12ba-b

（3）M2=aM1-12ba-b=（aM1-bM1）+（bM1-12b）a-b

=M1+ba-b（M1-12）

①M(fèi)2=M1時，M1=12，即反應(yīng)過程中氣體平均式量不變，開始時CO與H2平均相對分子質(zhì)量亦為12，則n（CO）∶n（H2）=5∶8。

②當(dāng)M1<12時，M2

③當(dāng)M1>12時，M2>M1。

（4）從逆反應(yīng)建立平衡時，M2與M1的相對大小主要取決于起始時CO與H2的物質(zhì)的量之比。（收稿日期：2015-07-15）