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】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,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,沒有考慮化學(xué)平衡的始態(tài)、終態(tài),這也說明化學(xué)平衡與路徑無關(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)的問題,有大小、有方向,相當(dāng)于一個(gè)矢量問題,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)。