王曉波

(內蒙古師范大學錦山實驗中學 024400)

化學平衡是化學反應原理的重要內容，特別是對等效平衡的學習、理解和應用更為選修四化學反應原理內容的重中之重.在知識點講述過程中學生容易混淆，在解題應用時更是難以區(qū)分、迷惑不清，往往造成學習上的受挫，自信心的不足.筆者結合相關理論幫助師生分析和解決問題，精心提煉平衡原理，濃縮成言簡意賅的文字，敬請同仁批評指正.

一、等效平衡的定義

在一定條件下(恒溫恒容或恒溫恒壓)，對同一可逆反應，起始時加入物質的物質的量不同，而達到平衡時，同種物質的百分含量(體積分數(shù)、質量分數(shù)或物質的量分數(shù))相同的化學平衡互稱等效平衡.

二、等效平衡的分類

1．恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體分子數(shù)改變的可逆反應，如果起始時物質的投入量不同，但是通過化學方程式的化學計量數(shù)換算成同一側的物質后，各物質的量對應相等，則兩平衡等效.

2．恒溫恒容條件下，對于反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應，如果起始時物質的投入量不同，但是換算成同一側的物質后，各組分物質的量之比等于化學計量數(shù)之比，則兩平衡等效.

3、恒溫恒壓條件下，無論反應前后氣體分子數(shù)是否改變，如果起始時物質的投入量不同，但是通過化學方程式的化學計量數(shù)換算成同一側的物質后，各物質的量對應成比例，則兩平衡等效.

三、實例應用

例在溫度相同、容積相同的3個恒容密閉容器中，按不同的方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時有關數(shù)據(jù)如下：

已知

ΔH=-92.4 kJ/mol

容器甲乙丙反應物投入量1mol N2、3mol H22mol NH34mol NH3NH3的濃度/mol/Lc1c2c3反應物的能量變化放出Q1kJ放出Q2kJ吸收Q3kJ體系壓強/Pap1p2p3反應物轉化率α1α2α3

下列說法正確的是( ).

A.2p2>p3B.Q1+Q2=92.4

C.2c1>c3D.α1+α2=1

解析由題可知甲與乙互為等效平衡，丙是在乙的前提下等倍數(shù)增大反應物濃度.

先看甲與乙:

c始a3a0

c反n3n2n

c平a-n3a-3n2n

與它等效平衡的:

c始 0 0 2a

c反a-n3a-3n2a-2n

c平a-n3a-3n2n

再看吸、放熱Q：

ΔH=-92.4 kJ/mol

根據(jù)熱化學方程式的含義，1mol N2和3mol H2完全反應生成2mol NH3，放出92.4kJ的熱量.甲放出的熱量為n|ΔH|kJ,乙吸收的熱量為(a-n)|ΔH| kJ.

故Q1+Q2=a|ΔH|.

再來看乙與丙，恒溫恒容條件下，丙是在乙的前提下等倍數(shù)增大反應物濃度，

利用轉化率規(guī)律：

m+n

m+n>p+q則反應物轉化率都增加.

m+n=p+q則轉化率不變.

2a0 0

2a-2na-n3a-3n

2na-n3a-3n

4a0 0

4a-4m2a-2m6a-6m

4m2a-2m6a-6m

即：α2=a-n>α3=a-m

吸收的熱量為Q2=(a-n)|ΔH|和Q3=(2a-2m)|ΔH|，由于a-n>a-m，所以2Q2>Q3.

那么，甲、乙、丙三個容器中濃度c、壓強p、熱量Q和轉化率α存在什么關系呢？在此進行歸納總結，僅供各位同仁參考和指導.

NH3的濃度cmol/L：由于a-n>a-m，得知n

丙NH3的濃度為c3=4m，所以，2c1=2c2

吸、放熱Q′kJ：甲放出的熱量Q1=n|ΔH|kJ，乙吸收的熱量Q2=(a-n)×|ΔH|kJ，丙吸收的熱量Q3=(2a-2m)|ΔH|，故Q1+Q2=a|ΔH|，且由于a-n>a-m，得知Q2>Q3.

體系壓強p/Pa：

p1=p2=(a-n)+(3a-3n)+2n=4a-2n.

p3=4m+(2a-2m)+(6a-6m)=8a-4m.

故2p1=2p2>p3.

四、規(guī)律總結

等效平衡是一種思維分析方式和解題方法.通過具體試題的分析和應用，等效平衡會增強了化學平衡試題的解題策略和方法研究，并能從中總結出一定的規(guī)律和原理，讓學生的學習和做題更加高效.

1.恒溫恒容，對于反應前后氣體的分子數(shù)不等的可逆反應，對應物質的百分含量、質量、物質的量、物質的量濃度等都相等.轉化率不相等.

2.恒溫恒容，對于反應前后氣體的分子數(shù)相等的可逆反應，對應物質的百分含量相同.質量、物質的量、濃度成比例增減.對應物質的轉化率不確定，若按照初始比例投料，轉化率相等，反之不等.

3.恒溫恒壓，不管反應前后氣體的分子數(shù)相等或者不等的可逆反應，對應物質的百分含量、物質的量濃度相同.質量、物質的量成比例增減.對應物質的轉化率不確定，若按照初始比例投料，轉化率相等，反之不等.