一道題的反思

申延輝

（山東省日照市海曲高中，山東 日照）

【題目】在一定溫度、一定壓強(qiáng)條件下，反應(yīng)2N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）達(dá)到平衡時(shí)，N2、H2和NH3的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol和3mol。若保持體系的溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量作如下調(diào)整，可使平衡右移的是 （ ）

A.均減半 B.均加倍

C.均增加1mol D.均減少1mol

【探究分析】本題條件是：一定溫度、一定壓強(qiáng)，在此條件下，根據(jù)等效平衡定義，把總初始投料按照方程式計(jì)量系數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)反應(yīng)物或相應(yīng)生成物，兩次投料物質(zhì)的量之比一致即為等效平衡狀態(tài)。因此，選項(xiàng)A、B調(diào)整后，三者比例仍為3∶2∶3，為等效平衡狀態(tài)，平衡不移動(dòng)。C可設(shè)想為兩步操作，先加入1molN2、2/3molH2、1molNH3，此時(shí)平衡不移動(dòng)，再加入 1/3molH2，增加了反應(yīng)物濃度，平衡移正向移動(dòng)。D也可兩步操作，先將N2減少1mol、H2減少2/3mol、NH3減少1mol，此時(shí)為等效平衡狀態(tài)，平衡不動(dòng)，后將H2減少1/3mol，降低了H2濃度，化學(xué)平衡向左移動(dòng)。故選C。

【思考疑問(wèn)】但學(xué)生受一般“等效平衡”即一邊倒，投料比相同的結(jié)論影響，結(jié)合一邊倒法，會(huì)這樣分析：當(dāng)反應(yīng)2N2（g）+3H2（g）?2NH3（g），達(dá)到平衡時(shí)，N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol和 3mol，（一邊倒）相當(dāng)于加入 N26mol、H26.5mol；而 C 項(xiàng)，均增加1mol，相當(dāng)于（一邊倒）加入 N210mol、H212mol，若等效平衡當(dāng)中加入N28mol、加入H29mol，實(shí)際加入H212mol，故應(yīng)是達(dá)到等效平衡時(shí)，再加入H23mol，平衡右移，所以平衡右移。但若學(xué)生這樣想：加入N210mol、H212mol，加入H212mol若等效平衡，加N2（約）11.1mol，實(shí)際加入 N210mol，故相當(dāng)于投料 N211.1mol、H212mol，平衡后，應(yīng)再減少N21.1mol，造成平衡左移。這正好矛盾。

仔細(xì)想來(lái)，等效平衡建立之初，一邊倒，只是終態(tài)分析（即結(jié)果，為各物質(zhì)含量相等），不研究過(guò)程往哪走。實(shí)際要達(dá)到等效平衡狀態(tài)，可以反應(yīng)左走（如只加產(chǎn)物），也可以右走（只加反應(yīng)物）此時(shí)Q≠K；要是不走必須Q=K（即各物質(zhì)都是成比例加入，與平衡時(shí)各物質(zhì)比相同）。

【進(jìn)一步思考】因此該題不如運(yùn)用Q=K的關(guān)系解答為好。選項(xiàng)N2、H2中三者比例為 3∶2∶3，則改變條件瞬間，若 Q=K，則平衡不會(huì)移動(dòng)，即是“等效平衡”狀態(tài)。而C可設(shè)想為兩步加入，第一次加入1molN2、1molH2、1molNH3，此時(shí) Q＜K，故平衡右移。而 D 均減少1mol時(shí)，Q＞K，故平衡左移。

【拓展】從等效平衡的建立過(guò)程、目的可以看出，等效平衡狀態(tài)只是研究等效的平衡結(jié)果，即物質(zhì)的含量相同。所以，沒(méi)有考慮化學(xué)平衡的始態(tài)、終態(tài)，這也說(shuō)明化學(xué)平衡與路徑無(wú)關(guān)。因此平衡態(tài)是標(biāo)量，而不是矢量。但是化學(xué)平衡移動(dòng)是與化學(xué)過(guò)程、化學(xué)方向緊密相連的，化學(xué)平衡移動(dòng)是一個(gè)與方向有關(guān)的問(wèn)題，有大小、有方向，相當(dāng)于一個(gè)矢量問(wèn)題，當(dāng)參照點(diǎn)發(fā)生了變化，所以平衡就可能發(fā)生移動(dòng)。因此等效平衡判斷不了平衡移動(dòng)方向。

【鞏固強(qiáng)化】

1.利用CO和H2在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的反應(yīng)如下:CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）。在體積一定的密閉容器中按物質(zhì)的量之比1∶2充入CO和H2,測(cè)得平衡混合物中CH3OH的體積分?jǐn)?shù)在不同壓強(qiáng)下隨溫度的變化如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 （ ）

A.該反應(yīng)的 ΔH＜0，且p1＜p2

B.反應(yīng)速率：v逆（狀態(tài) A）＞v逆（狀態(tài) B）

C.在C點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為75%

D.在恒溫恒壓條件下向密閉容器中充入不同量的CH3OH，達(dá)平衡時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)也不同

A.升高溫度，K減小

B.減小壓強(qiáng)，n（CO2）增加

C.更換高效催化劑，α（CO）增大

D.充入一定量的氮?dú)?，n（H2）不變

3.一定量的 CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應(yīng)：C（s）+CO2（g）?2CO（g），平衡時(shí)，體系中氣體體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是 （ ）

已知：氣體分壓（P分）=氣體總壓（P總）×體積分?jǐn)?shù)。

A.550℃時(shí)，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，平衡不移動(dòng)

B.650℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡后CO2的轉(zhuǎn)化率為25.0%

C.T℃時(shí)，若充入等體積的CO2和CO，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

D.925℃時(shí)，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學(xué)平衡常數(shù)Kp=24.0P總

利用CO和H2在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的反應(yīng)如下：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）。