等效平衡思維在化學(xué)平衡問(wèn)題處理中的探究

石志忠

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-1578（2017）10-0024-01

化學(xué)平衡是高中化學(xué)中的最重要的基礎(chǔ)理論之一。等效平衡思維是將抽象的化學(xué)平衡問(wèn)題簡(jiǎn)單化的一種處理方法。盡管教學(xué)大綱中并沒(méi)有要求學(xué)生掌握等效平衡。但這種思維對(duì)學(xué)生理解化學(xué)平衡，思維拓展和能力的提升，都有極其重要的作用。尤其在部分化學(xué)平衡試題甚至高考試題中，比較或計(jì)算同一可逆反應(yīng)在不同條件下達(dá)到平衡后，各組分的"量"的關(guān)系時(shí)，學(xué)生很難得直接通過(guò)具體的數(shù)據(jù)得出正確的結(jié)論。這需要將這種抽象的變化過(guò)程通過(guò)學(xué)生的邏輯思維進(jìn)行推理，演繹。借助具體的數(shù)據(jù)、物理模型等使其直觀化。本文結(jié)合筆者教學(xué)實(shí)踐來(lái)總結(jié)等效平衡解決化學(xué)平衡問(wèn)題的思維方法。

1.理論解析

[思維導(dǎo)航1]一定溫度下，在容積相同的①、②兩個(gè)密閉容器中分別放入①1molN2、3molH2和②2molNH3進(jìn)行反應(yīng)：N2+3H2 2NH3達(dá)平衡后，①中N2的轉(zhuǎn)化率為90%，試求在相同條件下①②達(dá)到平衡后各組分的濃度？對(duì)比①、②兩種情況，你能得出什么結(jié)論？

解析：由于反應(yīng)溫度相同，故兩容器中反應(yīng)的平衡常數(shù)互為倒數(shù)關(guān)系。設(shè)①中N2轉(zhuǎn)化了xmol，②中NH3轉(zhuǎn)化了ymol。則有：

x=0.9，則①中反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=（2x）2（1-x）（3-3x）3=1200

則相同溫度下，②中反應(yīng)的平衡常數(shù)為k=y（3y）2（2-2y）2=11200解得：y=0.9

通過(guò)數(shù)據(jù)的具體對(duì)比分析，以上兩種情況到達(dá)平衡后完全一樣。容易得出：對(duì)于同一個(gè)可逆反應(yīng)，在相同的條件下，不管是從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，或從正反應(yīng)和逆反應(yīng)同時(shí)開(kāi)始，都可以建立同一平衡狀態(tài)。即化學(xué)平衡狀態(tài)與條件有關(guān)，而與建立平衡的途徑無(wú)關(guān)。

[思維導(dǎo)航2]在某溫度下，在一容積可變的容器中，發(fā)生2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）反應(yīng)，按下列兩種途徑進(jìn)行反應(yīng)：

達(dá)到平衡后，平衡是否相同？

解析：由于體積可變，故兩種情況下壓強(qiáng)相同。故途徑2氣體體積為途徑1氣體體積的2倍。相當(dāng)于在體積為V和2V的密閉容器中分別加入2mol2SO2、1molO2和4mol2SO2、2molO2，如圖：用一薄板（厚度忽略不計(jì)）將②從中間隔成如圖③、④，易知，①、③、④加入的量相同，V相同，故到達(dá)平衡后為同一平衡，各組分的含量相同，百分含量也相同。達(dá)平衡后移走隔板，由于兩部分濃度相同，平衡不移動(dòng)，因此①、②各組分的濃度相同.盡管②中各組分的物質(zhì)的量為①中的2倍，但各組分的百分含量相同，平衡的效果相同。

像這種在相同條件下，同一可逆反應(yīng)，不管從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，達(dá)到平衡時(shí)，任何相同物質(zhì)的百分含量都相同的化學(xué)平衡稱為等效平衡。

2.規(guī)律解析

例習(xí)1、一定溫度下，把0.2molXO2和0.1molO2通入一定體積的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)：2XO2+O2XO3，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)維持該溫度不變，令a、b、c分別代表初始加入的XO2、O2和XO3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含量仍跟上述平衡時(shí)的完全相同。請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白：

a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請(qǐng)用含a和c、b和c兩個(gè)數(shù)學(xué)式表示）______，_____。

分析：反應(yīng)體系為同溫同容，如兩種情況到達(dá)平衡后各組分的含量仍跟上述平衡時(shí)的完全相同，那么兩種情況為等效平衡關(guān)系。故易到：a+c=2b+12c=1

通過(guò)以上的對(duì)比分析，容易得出規(guī)律：在恒溫恒容時(shí)，對(duì)于氣體分子數(shù)可變的可逆反應(yīng)，將不同的起始狀態(tài)，按計(jì)量系數(shù)把反應(yīng)物（或生成物）轉(zhuǎn)化為成生成物（或反應(yīng)物），幾種不同的途徑下，只要轉(zhuǎn)化后的各物質(zhì)的物質(zhì)的量完全相同，則為平衡等效。

例習(xí)2、如果定溫定壓條件下，根據(jù)下列關(guān)系，試分析：途徑1、2是否為等效平衡？

2XO2（g）+O2（g）2XO3（g）

途徑1起始2mol1mol0

途徑2起始4mol2mol0

利用如上圖的隔板比例物理模型，易知兩種情況為等效平衡。

即：在恒溫恒壓時(shí)，對(duì)于氣體分子數(shù)可變的可逆反應(yīng)，將不同的起始狀態(tài)，按計(jì)量系數(shù)把反應(yīng)物（或生成物）轉(zhuǎn)化為成生成物（或反應(yīng)物）邊，幾種不同的途徑下，只要轉(zhuǎn)化后的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比相同，則兩平衡等效。

同理易得：在恒溫恒容或恒溫恒壓條件下，對(duì)于氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，將不同的起始狀態(tài)，按計(jì)量系數(shù)把反應(yīng)物（或生成物）轉(zhuǎn)化為成生成物（或反應(yīng)物）邊，幾種不同的途徑下，只要轉(zhuǎn)化后的各物質(zhì)的物質(zhì)的量相同或比值相同，則兩者為平衡等效。

綜上所述，在一定條件下，幾組不同的投料方式，達(dá)到平衡具有什么樣的關(guān)系？其解題的方法就是利用等效平衡思維。等效平衡思維解題的核心在于：根據(jù)條件，利用規(guī)律，作出判斷。其基本思路是以其中的一種作為參照，先找到其他的投料方式與這種的等效平衡關(guān)系，在改變條件進(jìn)行對(duì)比分析。如條件改變后平衡不移動(dòng)，則兩種情況一定為等效平衡，反之亦然。

參考文獻(xiàn)：

[1] 淺談化學(xué)平衡思維模型的建立[J].伊秀鳳.遼寧師專學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2008年04期

[2] 等效平衡的深度解析與解題技巧[J].王本世. 考試周刊2011年07期endprint