江蘇師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)學(xué)校(221011)

吳登運(yùn)●

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例談等效平衡的構(gòu)建與應(yīng)用

江蘇師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)學(xué)校(221011)

吳登運(yùn)●

等效平衡是基于可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡狀態(tài)，指在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)中的正逆反應(yīng)速率相等.教師可從全同等效平衡和相似等效平衡兩個(gè)角度對(duì)可逆反應(yīng)的等效平衡進(jìn)行構(gòu)建與應(yīng)用，幫助學(xué)生從多方位、多角度全面認(rèn)識(shí)可逆反應(yīng)的變化機(jī)理.

高中化學(xué)；等效平衡；變化機(jī)理

等效平衡是基于可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡狀態(tài)，指在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)中的正逆反應(yīng)速率相等.從反應(yīng)物與生成物在不同平衡途徑下達(dá)到的等效平衡可以分為全同和相似兩類，全同即各組織中的各類指標(biāo)均相同，相似則指上述指標(biāo)不完全相同的狀態(tài).本文將結(jié)合等效平衡的實(shí)例訓(xùn)練，對(duì)可逆反應(yīng)的等效平衡進(jìn)行構(gòu)建與應(yīng)用，幫助學(xué)生從多方位、多角度全面認(rèn)識(shí)可逆反應(yīng)的變化機(jī)理.

一、全同等效平衡

例1 某溫度下，將2mol SO2和2mol O2沖入密閉容器，加入催化劑并保持恒溫、恒容條件，達(dá)到平衡后SO3的體積分?jǐn)?shù)為x.若將amol SO2、bmol O2、cmol SO3沖入容器中，達(dá)到平衡后使SO3的體積分?jǐn)?shù)仍為x，則a、b、c之間應(yīng)滿足何種關(guān)系？

解析 從可逆反應(yīng)的平衡移動(dòng)可知，當(dāng)增大壓強(qiáng)或升高溫度，對(duì)應(yīng)的平衡狀態(tài)就會(huì)發(fā)生改變.但只要上述反應(yīng)條件不發(fā)生變化，則新反應(yīng)與原反應(yīng)必然是全同等效平衡反應(yīng).在本題中，由條件“保持恒溫恒容”可知，該反應(yīng)的平衡狀態(tài)屬于全同等效平衡.此時(shí)，可以書寫出化學(xué)方程式，帶入化學(xué)數(shù)據(jù).

t1:0 2mol 2mol 0

t2:0amolbmolcmol

此時(shí)，根據(jù)全同等效平衡的性質(zhì)，當(dāng)t1、t2狀態(tài)下達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，化學(xué)反應(yīng)中各組分的體積分?jǐn)?shù)、濃度及物質(zhì)的量均處于相同狀態(tài).若要使加入催化劑后的反應(yīng)達(dá)到平衡，且保持SO3的體積分?jǐn)?shù)依然為x，根據(jù)起始反應(yīng)狀態(tài)，可知a、b、c之間的關(guān)系為a+c=2mol、b+c/2=2mol.

全同等效平衡是一種較為容易計(jì)算的平衡類型，只需要遵守前后平衡狀態(tài)完全相同的法則，即反應(yīng)各組份的物質(zhì)的量、體積分?jǐn)?shù)、濃度等全部相同.同時(shí)，全同等效也較容易判斷，溫度、壓強(qiáng)不發(fā)生變化，即可判斷出全同等效，是可逆反應(yīng)等效平衡的一種基礎(chǔ)類型.

二、相似等效平衡

1.恒溫恒容

A.從反應(yīng)開始到建立平衡所需時(shí)間：t(A)>t(B)

B.平衡時(shí)HI的轉(zhuǎn)化率：α(A)=α(B)

C.平衡時(shí)I2蒸汽在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)：A容器>B容器

D.平衡時(shí)A容器中I2的濃度等于B容器中I2的濃度

解析 由于向恒容容器中注入不同體積的HI氣體，故對(duì)應(yīng)容器的氣體平衡狀態(tài)必然不同，即是相似等效平衡.已知A容器中的反應(yīng)物濃度大于B容器，則A容器的反應(yīng)速度必然大于B容器，且A容器中的壓強(qiáng)大，反應(yīng)平衡會(huì)向氣體體積減小的方向移動(dòng).但由于反應(yīng)前后的氣體計(jì)量數(shù)都是2，不存在壓強(qiáng)導(dǎo)致的平衡移動(dòng)發(fā)生，即壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)平衡方向不產(chǎn)生影響.根據(jù)等效平衡原理，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)A、B容器中的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率相同.在A容器中注入的HI氣體更多，則會(huì)有更多的I2生成，致使A容器中的碘蒸汽濃度大于B容器.通過以上分析，不難確定選項(xiàng)B即為正確選項(xiàng).

恒溫恒容條件下的變壓可逆平衡反應(yīng)是相似等效平衡的重要類型.值得注意的是，需要對(duì)反應(yīng)前后的氣體計(jì)量數(shù)進(jìn)行計(jì)算，判斷壓強(qiáng)是否會(huì)對(duì)平衡狀態(tài)產(chǎn)生影響，避免審題上的失誤.同時(shí)，還需要對(duì)反應(yīng)物與生成物的物理狀態(tài)進(jìn)行判斷，避免遺漏或多余.

2.恒溫恒壓

A.達(dá)到平衡后，隔板K最終停留在左側(cè)刻度0～2之間

B.若平衡時(shí)K停留在左側(cè)1處，則活塞停留在右側(cè)6處

C.達(dá)到平衡時(shí)，甲容器中B的物質(zhì)的量小于乙容器中B的物質(zhì)的量

D.根據(jù)隔板K的移動(dòng)與否可以判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)

解析 A：甲容器中反應(yīng)向正方向進(jìn)行，極限條件下可以生成2molC，故C的物質(zhì)的量介于0～2mol之間，隔板K的刻度應(yīng)停留在左側(cè)0～2之間，即A選項(xiàng)正確.B：平衡時(shí)，K停留在左側(cè)1處，說明甲容器中氣體的物質(zhì)的量為2.5mol.乙容器中的氣體至少比甲容器多1mol，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤.C：本題屬于恒溫恒壓類型，乙中的等效平衡比甲多1mol，間接的增強(qiáng)了甲的容器壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即C選項(xiàng)正確.D：從該可逆反應(yīng)方程式可以看出，反應(yīng)前后的氣體計(jì)量數(shù)不等，氣體體積會(huì)產(chǎn)生變化，活塞也會(huì)移動(dòng).故根據(jù)活塞K可以判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡.綜上可知，本題選擇B選項(xiàng).

活塞的使用是恒壓的象征，圍繞壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響即可判斷選項(xiàng)的正確性.值得注意的是，在訓(xùn)練過程中需要幫助學(xué)生分清隔板與活塞的差異，對(duì)隔板的可滑動(dòng)性進(jìn)行判斷，避免理解錯(cuò)誤.

總之，等效平衡是高中化學(xué)可逆反應(yīng)中的重要考點(diǎn)，在分清等效平衡類型的基礎(chǔ)上，對(duì)壓強(qiáng)、溫度、催化劑、反應(yīng)物濃度等因素進(jìn)行綜合考慮.同時(shí)，在等效平衡的構(gòu)建上，幫助學(xué)生掌握好方程式與圖形的使用，提高解題效率.

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1008-0333(2016)31-0090-01