平衡轉(zhuǎn)化率問(wèn)題分析

湖北 羅功舉

平衡轉(zhuǎn)化率問(wèn)題分析是化學(xué)平衡知識(shí)中的一個(gè)重要考點(diǎn)，也是一個(gè)較難點(diǎn)，有些學(xué)生碰到這類問(wèn)題常常束手無(wú)策，容易出錯(cuò)。故將其?？碱}型及解題方法歸類分析如下，以供學(xué)習(xí)參考。

一、定性比較

方法精要：對(duì)于比較抽象性的問(wèn)題，可以采用模型分析法，即先虛擬一個(gè)過(guò)渡態(tài)(此時(shí)平衡不移動(dòng)，則百分含量、平衡轉(zhuǎn)化率不變，n、c是否變化看問(wèn)題類型，是T、V條件時(shí) Δn≠0情況還是T、V條件時(shí)Δn=0情況或是T、P條件)，然后看平衡實(shí)際移動(dòng)情況，若n總增大、p總增大(絕熱容器考慮T變化)，則平衡向氣態(tài)物質(zhì)計(jì)量數(shù)之和減小的方向移動(dòng)；再結(jié)合平衡移動(dòng)規(guī)律，判斷轉(zhuǎn)化率、n、c的變化。以SO2與O2反應(yīng)生成SO3為例：

甲甲2 mol SO2+1 mol O22 mol SO2+1 mol O2虛擬(將2個(gè)甲壓縮到一個(gè)容器中,平衡不移動(dòng))→

4 mol SO2+2 mol O2乙

虛擬后，甲、乙(兩容器體積相同)中平衡轉(zhuǎn)化率相等；但實(shí)際上，乙中n總增大、p總增大，平衡正向移動(dòng)，故乙中的轉(zhuǎn)化率大于甲中的轉(zhuǎn)化率。

表1

下列說(shuō)法正確的是

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A．c1+c2=c3B．α2+α3>1

C．p1+p2

【解析】甲中投入1 mol N2、3 mol H2，乙容器中投入 2 mol NH3，恒溫恒容條件下，甲容器與乙容器是等效平衡，各組分的物質(zhì)的量、含量、容器內(nèi)壓強(qiáng)等完全相等，且α1+α2=1；而甲容器投入1 mol N2、3 mol H2，丙容器加入2 mol N2、6 mol H2，丙中加入量是甲中的2倍，如果恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器為等效平衡，所以丙所到達(dá)的平衡，可以看作在恒溫且容積是甲容器2倍的條件下，到達(dá)平衡后，再壓縮體積為與甲容器體積相等所達(dá)到的平衡，由于該反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，縮小容器體積，增大了壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，所以丙中氮?dú)狻錃廪D(zhuǎn)化率大于甲，即α3>α1，平衡時(shí)丙中的NH3濃度比甲的 2倍還要大。

A項(xiàng)，由分析可知，平衡時(shí)c1=c2，而2c1α1，則α2+α3>1，故正確；C項(xiàng)，由分析可知，平衡時(shí)p1=p2，而丙中可以看成在恒溫且容積是甲容器2倍條件下，到達(dá)平衡后，再壓縮體積為與甲容器體積相等所到達(dá)的平衡，由于該反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，縮小容器體積，增大了壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，壓縮體積為甲的體積相等時(shí)的瞬間p3=2p1，由于平衡的移動(dòng)，最終使得p3<2p1，則p1+p2>p3，故錯(cuò)誤；D項(xiàng)，甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙中投入2 mol NH3，則甲與乙是完全等效的，根據(jù)蓋斯定律可知，甲與乙的反應(yīng)的能量變化之和為92.4 kJ，故a+b=92.4，a和b均小于92.4，但反應(yīng)正向進(jìn)行或逆向進(jìn)行時(shí)轉(zhuǎn)化率不一定為50%，即a不一定等于b，故錯(cuò)誤。答案為B。

【點(diǎn)評(píng)】遇到定性比較問(wèn)題時(shí)，先要尋找或設(shè)置一個(gè)“比較標(biāo)準(zhǔn)”，再用模型法將其他問(wèn)題的變化情況展示出來(lái)，然后與“比較標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)照，得出結(jié)論。

二、定量計(jì)算

方法精要：涉及定量計(jì)算問(wèn)題時(shí)，一般用“三段式”法列式、厘清各物質(zhì)的有關(guān)量，再根據(jù)反應(yīng)速率計(jì)算式、平衡常數(shù)計(jì)算式、已知條件等列式求出轉(zhuǎn)化濃度(Δc)，然后用轉(zhuǎn)化率計(jì)算式進(jìn)行求算。其計(jì)算步驟如下：

1.三段式模式

c(初)(mol·L-1)n1n20 0

2.列式計(jì)算

依據(jù)有反應(yīng)速率計(jì)算式、平衡常數(shù)計(jì)算式、已知條件等，列式計(jì)算，最后求出轉(zhuǎn)化濃度(Δc)。

3.求算轉(zhuǎn)化率

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A．5% B．17% C．25% D．33%

起始濃度(mol/L) 1.0 0 0

轉(zhuǎn)化濃度(mol/L)x0.5x0.5x

平衡濃度(mol/L) 1.0-x0.5x0.5x

【點(diǎn)評(píng)】用“三段式”進(jìn)行計(jì)算時(shí)，若涉及平衡常數(shù)，①起始量、轉(zhuǎn)化量、平衡量用濃度單位為宜，否則易出現(xiàn)錯(cuò)誤；②先寫K的表達(dá)式，再帶入數(shù)據(jù)，計(jì)算求解。

三、圖象分析

方法精要：分析化學(xué)反應(yīng)速率或化學(xué)平衡圖象題時(shí)，主要按以下方法進(jìn)行判斷：

1.看圖象：一看面，即縱、橫坐標(biāo)的意義，都要與化學(xué)原理相聯(lián)系，特別是與平衡移動(dòng)原理相聯(lián)系；二看點(diǎn)，即起點(diǎn)、拐點(diǎn)、交點(diǎn)、終點(diǎn)；三看線，即線的走向和變化趨勢(shì)；四看輔助線，即等溫線、等壓線、平衡線等；五看量的變化，如濃度變化、溫度變化、轉(zhuǎn)化率變化、物質(zhì)的量的變化等。

2.依據(jù)圖象信息，利用平衡移動(dòng)原理，分析可逆反應(yīng)的特征：吸熱還是放熱(由溫度變化情況推導(dǎo))，氣體化學(xué)計(jì)量數(shù)增大、減小還是不變(由壓強(qiáng)變化情況推導(dǎo))，有無(wú)固體或純液體參加或生成等?？v坐標(biāo)為反應(yīng)速率時(shí)，可用三步分析法推導(dǎo)：一看反應(yīng)速率是增大(外因可能是增大濃度、加壓、升溫、加催化劑)還是減小(外因可能是減小濃度、減壓、降溫)；二看v正、v逆的相對(duì)大小，其交點(diǎn)為平衡點(diǎn)；三看化學(xué)平衡移動(dòng)的方向。

3.先拐先平：在化學(xué)平衡圖象中，先出現(xiàn)拐點(diǎn)的反應(yīng)先達(dá)到平衡，可能是該反應(yīng)的溫度高、濃度大、壓強(qiáng)大或使用了催化劑。

4.定一議二：勒夏特列原理只適用于一個(gè)條件的改變，所以圖象中有三個(gè)變量時(shí)，先固定一個(gè)量不變，再討論另外兩個(gè)量的關(guān)系。

( )

圖1

A．溫度T1℃比T2℃高

B．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)

C．甲圖縱軸可以表示A的轉(zhuǎn)化率

D．甲圖縱軸可以表示混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量

【解析】A項(xiàng)，分析乙圖，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，先達(dá)到平衡狀態(tài)，所以T1℃比T2℃低，故錯(cuò)誤；B項(xiàng)，升高溫度，A的百分含量減小了，即升溫平衡正向移動(dòng)，所以該反應(yīng)的正方向?yàn)槲鼰岱磻?yīng)，故錯(cuò)誤；C項(xiàng)，分析甲圖，增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，先達(dá)到平衡狀態(tài)，所以p2大于p1，加壓，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，A的轉(zhuǎn)化率減小，所以甲圖縱軸可以表示A的轉(zhuǎn)化率，故正確；D項(xiàng)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向移動(dòng)，氣體總分子數(shù)減小，氣體總質(zhì)量不變，所以混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，所以甲圖縱軸不能表示混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量，故錯(cuò)誤。答案為C。

【點(diǎn)評(píng)】分析圖象類問(wèn)題時(shí)，一要弄清楚點(diǎn)、線、面的含義；二要注意將圖象的意義(外因與結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系)與規(guī)律內(nèi)容相結(jié)合；三要靈活選擇方法，如排除法、代入法等。

跟蹤練習(xí)：

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A．可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)：a>b+c

B．壓縮容器的容積時(shí)，v正增大，v逆減小

C．達(dá)到新平衡時(shí)，物質(zhì)X的轉(zhuǎn)化率減小

D．達(dá)到新平衡時(shí)，混合物中Z的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大

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A．平衡后CO的體積分?jǐn)?shù)為40%

B．平衡后CO的轉(zhuǎn)化率為25%

C．平衡后水的轉(zhuǎn)化率為50%

D．平衡后混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量為24

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圖2

A．p3>p4，Y軸表示A的轉(zhuǎn)化率

B．p3>p4，Y軸表示B的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

C．p3>p4，Y軸表示B的轉(zhuǎn)化率

D．p3>p4，Y軸表示混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量

【解析】1．A項(xiàng)，將容器的容積壓縮到原來(lái)容積的一半，當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí)，物質(zhì)Y和Z的濃度均是原來(lái)的1.8倍，說(shuō)明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則應(yīng)有a

【解析】2．設(shè)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)消耗CO的體積為x。

起始體積： 30 mL 20 mL 0 0

變化體積：xxxx

平衡體積： 30 mL-x20 mL-xxx

由題意知：20 mL-x=x，故x=10 mL