淺談高中化學(xué)平衡問(wèn)題的求解

◎ 邱曉良

一、有關(guān)化學(xué)平衡定義問(wèn)題的求解

在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下，同一可逆反應(yīng)體系，不論是從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，在達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，任何相同組分的含量(體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)等)均相同。

化學(xué)平衡的標(biāo)志：1.正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，且不為零；2.反應(yīng)混合物中各種成分的體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再發(fā)生變化；3.反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率以及生成物的產(chǎn)生率不再發(fā)生變化；4.反應(yīng)物反應(yīng)時(shí)破壞的化學(xué)鍵與逆反應(yīng)得到的反應(yīng)物形成的化學(xué)鍵種類和數(shù)量相同(同理生成物)。

例1.對(duì)于可逆反應(yīng)4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)，下列敘述無(wú)錯(cuò)誤的是( )。

A.若單位時(shí)間內(nèi)生成xmol NO的同時(shí)消耗xmol NH3，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)

B.達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)4v(O2)正=5v(NO)逆

C.達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，若增加容器體積則正反應(yīng)的反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大

D.化學(xué)反應(yīng)速率關(guān)系是2v(NH3)正=3v(H2O)正

解析：此可逆反應(yīng)無(wú)論是否達(dá)到平衡，生成xmol NO 的同時(shí)必然消耗xmol NH3，A 錯(cuò)誤；當(dāng)4v(O2)正=5v(NO)逆，即時(shí)，表明正反應(yīng)消耗的O2與逆反應(yīng)消耗的NO 之比為5∶4，反應(yīng)達(dá)到平衡，B正確。達(dá)到平衡時(shí)，若增大容器體積即等效為減小體系的壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都會(huì)減小，C 錯(cuò)誤；D 項(xiàng)所陳述的都是正反應(yīng)的速率，與化學(xué)平衡的定義不一致。所以選A。

二、有關(guān)恒溫恒容下等效平衡問(wèn)題的求解

1.在恒溫恒容下，對(duì)于化學(xué)反應(yīng)前后氣體體積發(fā)生變化的可逆反應(yīng)(Δv≠0)，只改變起始加入的物質(zhì)的量，如果通過(guò)可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比換算成化學(xué)方程式的同一邊物質(zhì)的量與原平衡相同，則可逆反應(yīng)達(dá)到等效平衡。

例2.在一定溫度下，可逆反應(yīng)2A(g)+B(g)2C(g)，起始時(shí)加入2 mol A和1 mol B反應(yīng)達(dá)到平衡，保持平衡時(shí)的溫度，下面的各種情況能達(dá)到等效平衡的是( )。

A.加入1 mol A、1 molC開(kāi)始反應(yīng)

B.加入3 mol C起始反應(yīng)

C.加入1 mol A、1 mol B、1 mol C起始反應(yīng)

D.加入1 mol B、2 mol C作為起始反應(yīng)物

解析：開(kāi)始階段，無(wú)論怎樣改變A、B、C的物質(zhì)的量，從正反應(yīng)方向開(kāi)始還是從逆反應(yīng)方向開(kāi)始，它們所建立起來(lái)的化學(xué)平衡狀態(tài)的效果是完全相同的，即它們之間存在等效平衡關(guān)系。題目中是2 mol A和1 mol B起始反應(yīng)，那我們可以將選項(xiàng)中的加入量根據(jù)化學(xué)反應(yīng)系數(shù)將反應(yīng)物按化學(xué)反應(yīng)系數(shù)全部轉(zhuǎn)化生成物，或者生成物全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物。A選項(xiàng)，將1 mol C全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，可以得到1 mol A 和1 mol B，加上本來(lái)就有的1 mol A，也就是起始反應(yīng)物等效為2molA和1 mol B，與題目要求的一致。所以A正確。B選項(xiàng)，3 mol C全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物那就是3 mol A、1.5 mol B，與題意不符合；C選項(xiàng)，等效為2 mol A和1.5 mol B作為起始物，與題意不符合；D選項(xiàng)，2 mol C全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物那就是2 mol A和1 mol B，再加上另外的1 mol B，那就是2 mol A和2 mol B作為起始物，與題意不符合，因此答案為A。

2.在恒溫恒容下，對(duì)于反應(yīng)前后氣體體積不變的可逆反應(yīng)(Δv=0)，只要反應(yīng)物(或生成物)的物質(zhì)的量之比與原平衡相同，則可逆反應(yīng)處于等效平衡。

例3.在一恒溫恒容密閉容器中，A、B 氣體可建立如下平衡：2A(g)+2B(g)C(g)+3D(g)現(xiàn)分別從兩條途徑建立平衡：Ⅰ.A、B 的起始量均為2 mol；Ⅱ.C、D 的起始量分別為2 mol 和6 mol。下列敘述錯(cuò)誤的是：( )

A.Ⅰ、Ⅱ兩途徑最終達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)混合氣體的百分組成不同

B.Ⅰ、Ⅱ兩途徑最終達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)混合氣體的百分組成相同

C.達(dá)到平衡時(shí)，途徑Ⅰ和途徑Ⅱ體系內(nèi)混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量相同

解析：由于A選項(xiàng)中A、B的反應(yīng)物之比為1∶3，所以不是等效平衡，所以A正確。B選項(xiàng)中，反應(yīng)物A、B的反應(yīng)物之比為1∶1，C、D選項(xiàng)表述都不夠準(zhǔn)確，因此答案為A。

三、有關(guān)恒溫恒壓下等效平衡問(wèn)題的求解

恒溫恒壓情況下，改變起始時(shí)加入反應(yīng)物物質(zhì)的量，只要按化學(xué)計(jì)量數(shù)之比換算成化學(xué)方程式的同一邊物質(zhì)的量之比與原平衡相同，那么其所達(dá)到狀態(tài)與原平衡處于等效狀態(tài)。

例4.某溫度下，在一容積可變的容器中，反應(yīng)2A(g)+B(g)2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，A、B 和C 的物質(zhì)的量分別為4mol、2mol 和4mol。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量做如下調(diào)整，可使平衡右移的是( )。

A.均加倍 B.均減半 C.均減少1 mol D.均增加1 mol

解析：這是一個(gè)恒溫恒壓條件下的等效平衡，題目中起始物質(zhì)的量是A、B和C分別為4 mol、2 mol和4 mol，全部轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物就是8 mol A、4 mol B。B選項(xiàng)，均減半2 mol A、1 mol B和2 mol C，全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物就是4 mol A、2 mol B，比例不變，平衡不移動(dòng)，同理A、B也是。C選項(xiàng)，變成3 mol A、1 mol B和3 mol C，全轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物那就是6 mol A、2.5 mol B 這個(gè)比例，相對(duì)來(lái)說(shuō)，就是反應(yīng)物B 減少得過(guò)多了，導(dǎo)致B 偏少，所以平衡會(huì)左移。D 選項(xiàng)，變成5 mol A、3 mol B 和5 mol C，全部轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，那就是10 mol A、5.5 mol B，相比于題干中的起始反應(yīng)物比例，反應(yīng)物B 的量增加了，所以平衡向右移(朝著反應(yīng)物B的量減小的方向)。