孫秀艷

（承德市承德縣第一中學，河北 承德 067400）

一、問題的提出

普通高中化學人教版第二冊(必修加選修)對等效平衡是這樣表述的：“將0.01molCO和0.01mol H2O(g)通入容積為1L的密閉容器里，在催化劑存在的條件下加熱到800℃，結果生成了0.05molCO2和0.05molH2，而反應物CO和H2O(g)各剩余0.05mol（第34頁第四段）。”“實驗證明，如果不是從CO和H2O(g)開始反應，而是各取0.01molCO2和0.01molH2，以相同的條件進行反應，生成CO和H2O(g)，當達到化學平衡狀態(tài)時，反應混合物里 CO、H2O(g)、CO2、H2各為 0.005mol，其組成與前者完全相同（第35頁第二段）?！边@兩段文字說明“化學平衡狀態(tài)的建立與化學反應途徑無關”。即在一定條件下，可逆反應無論從正反應開始還是從逆反應開始，或正逆反應同時開始，只要起始加入物質的物質的量“相當”，就可以建立效果相同的平衡狀態(tài)，也就是等效平衡狀態(tài)，簡稱等效平衡。

二、概念的理解

一定條件：①恒溫、恒容；②恒溫、恒壓。

效果相同的平衡狀態(tài)：①平衡混合物中同一物質的分數（質量分數、體積分數、物質的量分數）相同；其物質的量、濃度等可能不同，但存在比例關系。②轉化成同一邊物質后，同一物質的轉化率相同。

平衡狀態(tài)只與始態(tài)有關，而與途徑無關（如：①反應是從正反應方向開始還是從逆反應方向開始；②投料是一次還是分成幾次；③反應容器經過擴大－縮小或縮小-擴大的過程），只要起始加入物質的物質的量“相當”，就可以達到相同的平衡狀態(tài)。

三、規(guī)律的運用

1．等效平衡規(guī)律

一定條件下，對可逆反應m A(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)，改變起始物質的加入量，達到平衡狀態(tài)時規(guī)律如下：

等效平衡類型 等效條件 等效結果恒溫恒容m+n≠p+q極限轉化后相同起始物質的物質的量·兩次平衡時同一物質的分數相同，但n、c、正逆反應速率成比例變化恒溫恒壓極限轉化后相同起始物質的物質的量兩次平衡時同一物質的分數相同、且n、c、正逆反應速率均相同m+n=p+q極限轉化后相同起始物質的物質的量數·值·相·等比··值·相·等比··值·相·等兩次平衡時同一物質的分數、c、正逆反應速率相同，但n成比例變化

注意：①極限轉化是指根據題給條件按化學方程式的計量系數比把生成物的起始加入量全部折算成反應物的量或把反應物的起始加入量全部折算成生成物的量，即：n（總起始）=n（起始）+Δn（全折）。②比值相等包含數值相等。

2．解題方法

（1）分析是否屬于等效平衡問題（審題關鍵詞：一定條件，改變起始量，分數、濃度等仍與原平衡相同）。

（2）屬何種類型的等效平衡（審題關鍵詞：恒溫恒容有體積差、恒溫恒容無體積差、恒溫恒壓）。

（3）極限轉化后與原平衡所給起始投料情況進行比較（數值相等、比值相等）。

（4）建立等效平衡關系式。

（5）解關系式得出答案。

3．典例分析

（1）考查等效平衡起始量的判斷

例1：（1993全國）在一定溫度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一定容積的密閉容器中，發(fā)生如下反應，2SO2+O22SO3，當此反應進行到一定程度時反應混合物就處于化學平衡狀態(tài)。現在該容器中維持溫度不變，令a、b、c 分別代表初始時加入的 SO2、O2、SO3的物質的量（mol），如果a、b、c取不同的數值，它們必須滿足一定的相互關系，才能保證達到平衡狀態(tài)時，反應混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡完全相同。請?zhí)羁眨?/p>

①若 a=0，b=0，則 c=___________。

②若 a=0.5，則 b=___________，c=___________。

③a、b、c的取值必須滿足的一般條件是___________，___________。（請用兩個方程式表示，其中一個只含a和c，另一個只含b和c）

解析：由題意可知這是恒溫恒容、有體積差條件下的等效平衡，起始投入量按化學方程式計量系數轉化成一邊物質后應滿足數值相等。①初始態(tài)2m ol SO2和1molO2的混合物極限轉化后相當于2 mol SO3，故c=2。②若a=0.5，則b=0.5/2＝0.25，此時與題干所設初始態(tài)的差別是△a=2－0.5＝1.5，△b=1－0.25＝0.75；此時 SO3的初始加入量c必須轉化為等效于a=0.5，b=0.75的量，根據化學計量系數比推知c=1.5。③根據等效平衡的規(guī)律可得如下式子：a+c=2 ，b+c/2=1，a=2b。

答案：①c=2 ②b=0.25，c=1.5③a+c=2 b+c/2=1（或 2b+c=2）

變式：將一定容積的密閉容器改為一個容積可變的密閉容器，當溫度不變時，只改變起始加入量，平衡時反應混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡完全相同，則：

①若 a=0，b=0，則 c___________。

②若 a=0.5，則 b=___________，c___________。

③a、b、c的取值必須滿足的一般條件是_______，___________。

解析：由題意可知這是恒溫恒壓條件下的等效平衡，起始投入量按化學方程式計量系數轉化成一邊物質應滿足比值相等。由于起始加入SO2與O2的物質的量比為2:1，與化學方程式前的系數比相同，無論起始投入SO3的物質的量為何值，轉化成SO2與O2的物質的量比均為2:1。所以，①若a=0，b=0，則C為大于零的任意值；②若a=0.5，則b=0.25，C≥0的任意值。

答案：①C＞0 ②b=0.25，C≥0 ③a=2b C≥0（a、b、c不能同時為零）

（2）考查等效平衡中起始量與平衡量之間的關系

例2：（2004北京）在一定溫度下，一定體積的密閉容器中有如下平衡：H2(氣)+I2(氣)2HI（氣）。已知H2和I2的起始濃度均為0.10mol·L－1時，達平衡時H I的濃度為0.16 mol·L－1，若H2和I2的起始濃度均為0.20 mol·L－1時,則平衡時 H2的濃度（mol·L－1）是（ ）

A．0.16 B．0.08 C．0.04 D．0.02

解析：恒溫恒容，反應前后無體積差，起始相同物質的物質的量比值相等，為等效平衡問題，故平衡時同一物質的濃度成比例變化。通過化學平衡計算，當H 2和I2的起始濃度均為0.10mol·L－1時，平衡時H2的濃度為0.02mol·L－1，則當H2和I2的起始濃度均為0.20 mol·L－1時,平衡時 H2的濃度為 0.04m ol·L－1。

答案：C

例3：一定溫度下，某密閉容器中充入1molA2和2molB2，發(fā)生反應 A2（g）＋B2（g） 2AB（g）；△H=-aKJ/mol(a＞0)，達到平衡后，生成bm ol AB。當溫度不變時，若起始加入的 A2、B2、AB 的物質的量分別為 x、y、z，則下列說法不正確的是 （ ）

A．若保持恒容，x∶y＜1∶2，z＝0，則達到新平衡狀態(tài)時的A 2轉化率一定升高。

B．若保持恒容，x＝0，y=1，z＝2，達到平衡時，吸收的熱量與原平衡放出的熱量之和為aKJ。

C．若保持恒容，x∶y∶z＝1∶1∶b，則達到新平衡狀態(tài)時，A2的體積分數與原平衡時不同。

D．若保持恒壓，x∶y＝1∶2，z為任意值，則達到新平衡狀態(tài)時AB的物質的量為（x+y+z）/3。

解析：由于反應前后無體積差，無論恒溫恒容，還是恒溫恒壓，起始投入量轉化成一邊物質后比值相等即為等效。A選項x∶y＜1∶2，相當于增大了B2的物質的量，A 2轉化率一定升高，正確；B選項x＝0，y=1，z＝2，按化學方程式前的系數轉化成左邊物質的量后與原平衡數值相等，生成AB和消耗AB的總物質的量為2mol，根據能量守恒定律，消耗與生成等量的AB其能量變化值相等，故達到平衡時，吸收的熱量與原平衡放出的熱量之和為 aKJ，正確；C選項 x∶y∶z＝1∶1∶b，按化學方程式前的系數轉化成左邊物質的量后x∶y＝1∶1，與原平衡比值不等，故A2的體積分數與原平衡時不同，正確；D選項x∶y＝1∶2，達到新平衡時AB的物質的量分數與原平衡AB的物質的量分數（b/3）相等，又因反應前后總物質的量不變，所以達到新平衡時AB的物質的量為（x+y+z）b/3，錯誤。

答案：D

（3）考查等效平衡與平衡移動的綜合運用

例4：（2008全國Ⅱ）在相同溫度和壓強下，對反應CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g）進行甲、乙、丙、丁四組實驗，實驗起始時放入容器內各組分的物質的量見下表：

物質的量 物質實驗 CO2 H2 CO（g） H2O（g）甲amol amol 0mol 0mol乙2amol amol 0mol 0mol丙0mol 0 mol amol amol丁amol 0 mol amol amol

上述四種情況達到平衡后，n(CO）的大小順序是（ ）

A．乙＝?。颈郊?/p>

B．乙＞?。炯祝颈?/p>

C．?。疽遥颈郊?/p>

D．?。颈疽遥炯?/p>

解析：由題意可知這是恒溫恒壓條件下的等效平衡，起始量按照方程式前的系數轉化成一邊物質后應滿足比值相等，則甲、丙為等效平衡，乙、丁為等效平衡；乙、丁兩組實驗中二氧化碳的物質的量是甲、丙兩組實驗中二氧化碳物質的量的2倍，而氫氣的物質的量保持不變，乙、丁兩組實驗所建立的平衡相當于在甲、丙兩組實驗基礎上，向體系中又amol CO2，根據化學平衡移動原理，增大反應物的量平衡向正反應方向移動，使CO的物質的量增大。故選擇A。

答案：A

（4）利用等效平衡的方法考查不等效平衡的問題

例5：（節(jié)選2003江蘇）恒溫、恒壓下，在一個可變容積的容器中發(fā)生如下發(fā)應：A(g)＋B(g)C(g)①若開始時放入1molA和1molB，到達平衡后，生成amolC；

②若維持溫度不變，在一個與（1）反應前起始體積相同、且容積固定的容器中發(fā)生上述反應，到達平衡后生成b molC。將b與（1）小題中的a進行比較（選填一個編號）。

（甲）a＜b

（乙）a＞b

（丙）a＝b

（?。┎荒鼙容^a和b的大小

解析：A(g)＋B(g)C(g)的正反應為氣體體積減小的反應，①中為恒溫恒壓，②中為恒溫恒容，①相當于在②中容器的基礎上增加壓強，此時平衡正向移動，故可得：a＞b。

答案：乙