陳延林

[摘 要]化學(xué)平衡是高中化學(xué)的重難點(diǎn)知識(shí)，等效平衡是化學(xué)平衡的進(jìn)一步拓展。近年來高考化學(xué)中有關(guān)等效平衡知識(shí)的考查較為頻繁，難度不盡相同。為了使學(xué)生牢固掌握等效平衡的相關(guān)規(guī)律，并能在解題中靈活運(yùn)用，教師應(yīng)做好相關(guān)理論知識(shí)的講解，使學(xué)生牢固記憶、深入理解，同時(shí)展示等效平衡規(guī)律在解題中的具體應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生有效掌握等效平衡規(guī)律的應(yīng)用技巧。

[關(guān)鍵詞]高中化學(xué);等效平衡;規(guī)律;應(yīng)用

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）02-0072-03

高中化學(xué)等效平衡涉及的知識(shí)點(diǎn)多而零碎，且較為抽象，對學(xué)生的理解能力要求較高。教學(xué)中，教師應(yīng)給學(xué)生詳細(xì)講解等效平衡的相關(guān)知識(shí)，幫助學(xué)生更好地理解等效平衡的本質(zhì)以及不同類型等效平衡之間的區(qū)別與聯(lián)系，并通過例題的講解以及習(xí)題的訓(xùn)練進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，助其積累解答等效平衡問題的經(jīng)驗(yàn)與技巧，實(shí)現(xiàn)解題能力的進(jìn)一步提升。

一、等效平衡的定義及類型

（一）等效平衡的定義

在一定條件（恒溫恒容或恒溫恒壓）下，同一可逆反應(yīng)體系，無論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，在達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，任何相同組分的百分含量（體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）均相同，這樣的化學(xué)平衡稱為等效平衡。

為了使學(xué)生更好地理解該定義，教師可設(shè)計(jì)如下問題讓學(xué)生思考并回答：（1）等效平衡的外界條件有哪些？（2）等效平衡和“完全相同的平衡狀態(tài)”是否相同？（3）等效平衡狀態(tài)和平衡建立的途徑是否相關(guān)？通過對問題的討論可知，探討等效平衡時(shí)需要明確外界條件是恒溫恒容還是恒溫恒壓;等效平衡并不是完全相同的平衡，只是相同組分的百分含量對應(yīng)相同;等效平衡研究的是平衡狀態(tài)，和反應(yīng)的初始情況有關(guān)，和平衡建立的途徑、物質(zhì)加入的次數(shù)無關(guān)。

（二）等效平衡的類型

根據(jù)外界條件以及反應(yīng)前后體積是否變化，將等效平衡分為三種類型。Ⅰ類：T、V一定，[ΔV≠0]的體系，等價(jià)轉(zhuǎn)化后，對應(yīng)各物質(zhì)起始投料的物質(zhì)的量與原平衡起始態(tài)相同。Ⅱ類：T、V一定，[ΔV=0]的體系，等價(jià)轉(zhuǎn)化后，反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量的比例與原平衡起始態(tài)相同。Ⅲ類：T、p一定，等價(jià)轉(zhuǎn)化后，反應(yīng)物或生成物的物質(zhì)的量的比例與原平衡起始態(tài)相同。三類等效平衡適用條件不同，為了確保學(xué)生能夠靈活運(yùn)用等效平衡的相關(guān)知識(shí)來解題，教師應(yīng)與學(xué)生一起總結(jié)等效平衡的相關(guān)規(guī)律，并利用多媒體課件為學(xué)生直觀展示不同類型的等效平衡，進(jìn)一步深化學(xué)生對不同類型等效平衡的認(rèn)識(shí)與理解，防止學(xué)生在解題中張冠李戴。

為了使學(xué)生更好地理解三類等效平衡，教師可鼓勵(lì)學(xué)生2人一組圍繞等效平衡類型相互提問，以暴露學(xué)生在理解上的問題，而后詢問學(xué)生對于三類等效平衡還有哪些不清楚，據(jù)此為學(xué)生做針對性講解，幫助學(xué)生牢固掌握三類等效平衡。

二、等效平衡的規(guī)律

高中化學(xué)等效平衡規(guī)律是各類測試考查的重點(diǎn)。從大的方面來看，等效平衡屬于化學(xué)平衡的范疇，因此無論哪一類等效平衡均遵循勒夏特列原理。在解答等效平衡類習(xí)題時(shí)可利用勒夏特列原理來判斷化學(xué)平衡的移動(dòng)方向。另外，不同類型的等效平衡還遵循各自的一些規(guī)律。學(xué)生只有牢固地掌握相關(guān)規(guī)律，才能結(jié)合具體的問題情境做出正確的判斷。Ⅰ類等效平衡的規(guī)律為：平衡時(shí)各組分的百分含量、物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度均相同。Ⅱ類等效平衡的規(guī)律為：各組分的百分含量相同，物質(zhì)的量以及物質(zhì)的量濃度同比例變化。Ⅲ類等效平衡的規(guī)律為：各組分的百分含量、物質(zhì)的量濃度相同，物質(zhì)的量同比例變化。

高中化學(xué)課堂上，僅讓學(xué)生死記硬背等效平衡規(guī)律是行不通的，教師應(yīng)與學(xué)生一起總結(jié)等效平衡規(guī)律的應(yīng)用技巧，使學(xué)生掌握分析等效平衡的注意事項(xiàng)，搞清楚等效平衡的本質(zhì)。在講解等效平衡的規(guī)律時(shí)，教師還應(yīng)預(yù)留一定的課堂時(shí)間，鼓勵(lì)學(xué)生相互交流，使學(xué)生能夠?qū)W習(xí)他人之長，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與糾正自身的理解誤區(qū)，為學(xué)生正確應(yīng)用等效平衡規(guī)律解題打好基礎(chǔ)。

三、等效平衡規(guī)律的應(yīng)用技巧

通過總結(jié)近年來高考化學(xué)中有關(guān)等效平衡的試題，可將其歸納為三種題型。不同題型的解題方法不同，解題時(shí)應(yīng)注重相關(guān)技巧的應(yīng)用，以獲得事半功倍的解題效果。

題型一：通過物質(zhì)的量判斷是否為等效平衡。該類題型相對簡單，運(yùn)用等效平衡規(guī)律不難進(jìn)行判斷。解答該類題型的技巧為：首先通過審題明確反應(yīng)的外界條件，然后觀察反應(yīng)前后氣體的體積是否發(fā)生變化，最后結(jié)合等效平衡類型做出判斷。

題型二：通過物質(zhì)的加入比例判斷是否為等效平衡。部分習(xí)題往往通過改變反應(yīng)物的比例，要求學(xué)生分析相關(guān)的參數(shù)。該類題型涉及兩種情形，相應(yīng)的解題技巧如下：（1）等比例改變反應(yīng)物。當(dāng)T、V相同時(shí)，先建立等效平衡，然后按照給出的條件對反應(yīng)進(jìn)行疊加，運(yùn)用勒夏特列原理判斷平衡的移動(dòng)方向，由此判斷出相關(guān)參數(shù)的變化情況。當(dāng)T、p相同時(shí)，等比例加入反應(yīng)物以原平衡為等效平衡，各反應(yīng)物與生成物的體積分?jǐn)?shù)和物質(zhì)的量濃度不會(huì)發(fā)生改變，而反應(yīng)物與生成物物質(zhì)的量會(huì)等比例發(fā)生變化。（2）不等比例改變反應(yīng)物。先建立等效平衡，然后分析增加或減少物質(zhì)給化學(xué)平衡帶來的影響。

題型三：判斷物質(zhì)轉(zhuǎn)化率和濃度的關(guān)系。部分習(xí)題將轉(zhuǎn)化率和物質(zhì)的濃度改變與等效平衡結(jié)合起來，考查學(xué)生綜合分析問題的能力。該類題型難度較大，解答時(shí)應(yīng)注意應(yīng)用以下技巧：（1）因壓強(qiáng)和溫度改變促使平衡正向移動(dòng)時(shí)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率一定增大。（2）多種反應(yīng)物參加的可逆反應(yīng)，如a A（g） + b B（g） [ ][? ? ?] c C（g） + d D（g），需要具體問題具體分析。當(dāng)其中一種反應(yīng)物的濃度增加時(shí)，另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，自身的轉(zhuǎn)化率一般降低。當(dāng)T、V不變，等比例增大反應(yīng)物濃度時(shí)，若為氣體計(jì)量數(shù)之和減小的反應(yīng)，則反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率均增加;若為氣體計(jì)量數(shù)之和增大的反應(yīng)，則反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率均減少;若為氣體計(jì)量數(shù)之和不變的反應(yīng)，則反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率均不變。當(dāng)[T]、[p]不變，等比例增大反應(yīng)物濃度時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率不變。分解反應(yīng)也遵循該規(guī)律，如可逆反應(yīng)a A（g） [ ][? ? ?]? b B（g） +? c C（g），當(dāng)T、V不變，[a=b+c]時(shí)，無論如何改變反應(yīng)物濃度，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變;[a<b+c]時(shí)，增加反應(yīng)物濃度，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小;[a>b+c]時(shí)，增加反應(yīng)物濃度，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率增大;當(dāng)T、p不變，等比例增大反應(yīng)物濃度時(shí)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率不變。

需要注意的是，在解答等效平衡題時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生靈活運(yùn)用極限法、三段式法計(jì)算相關(guān)參數(shù)的范圍以及具體的值。

四、等效平衡規(guī)律的應(yīng)用舉例

因?yàn)楦咧谢瘜W(xué)等效平衡知識(shí)較為抽象，所以教學(xué)中教師要為學(xué)生優(yōu)選、精講經(jīng)典例題并進(jìn)行講解，以進(jìn)一步深化學(xué)生的理解，使其更好地積累解題經(jīng)驗(yàn)與技巧;同時(shí)還應(yīng)設(shè)計(jì)相關(guān)的專題，強(qiáng)化學(xué)生的思維訓(xùn)練，使學(xué)生真正突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

[例題]在一體積恒定的容器中，分別加入2 mol A和1 mol B，發(fā)生可逆反應(yīng)：2A（g） + B（g） [ ][? ? ?] x C（g），達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)為w %。若保持容器的體積和溫度不變，向容器中分別加入0.6 mol A，0.3 mol B，1.4 mol C，達(dá)到平衡后C的體積分?jǐn)?shù)仍為w %，則x的值為（ ）。

A.2 ? B.3 ? C.2或3 ? D.無法確定

解析：因該可逆反應(yīng)的反應(yīng)前后化學(xué)計(jì)量數(shù)不確定，因此需要結(jié)合等效平衡的類型進(jìn)行分類討論。當(dāng)[ΔV≠0]時(shí)，要想滿足題意需要符合Ⅰ類等效平衡，再根據(jù)反應(yīng)比例系數(shù)可知，應(yīng)滿足[0.6+2.8/x=2]，解得[x=2]。當(dāng)[ΔV=0]時(shí)，符合Ⅱ類等效平衡，此時(shí)[x=3]，加入的物質(zhì)的量轉(zhuǎn)化后和原平衡對應(yīng)物質(zhì)的比例相等，仍滿足題意，綜上選擇C項(xiàng)。

[訓(xùn)練習(xí)題一]在一固定體積的密閉容器中，發(fā)生可逆反應(yīng)：2A（g） + B（g） [ ][? ? ?] 3C（g） + D（g），反應(yīng)開始時(shí)分別加入2 mol A和1 mol B，達(dá)到平衡時(shí)C的濃度為a mol/L。若保持容器體積與溫度不變，以下配比在達(dá)到平衡后， C的濃度仍為a mol/L的是（ ）。

A. [4 mol A+2 mol B]

B. [2 mol A+1 mol B+3 mol C+1 mol D]

C. [3 mol A+1 mol B+1 mol C]

D. [3 mol C+1 mol D]

解析：該題較為基礎(chǔ)，主要考查學(xué)生對三類等效平衡的熟練掌握程度。分析可知，題給條件為T、V不變，且[ΔV≠0]，符合Ⅰ類等效平衡。聯(lián)系Ⅰ類等效平衡可知，只要將物質(zhì)按照反應(yīng)比例系數(shù)轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物后滿足2 mol A和1 mol B即可，顯然只有D項(xiàng)符合題意。

[訓(xùn)練習(xí)題二]在T ℃條件下體積均為2 L的3個(gè)恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：3A（g） + B（g） [ ][? ? ?] x C（g），按照不同方式投入反應(yīng)物：甲容器[3 mol A+2 mol B];乙容器[9 mol A+6 mol B];丙容器2 mol C。充分反應(yīng)后均達(dá)到平衡，測得甲、乙容器中A的濃度分別為[c1] mol·L-1、[c2] mol·L-1，甲、丙容器中C的體積分?jǐn)?shù)分別為[w1]%、[w3]%，甲、乙容器中混合氣體的密度分別為[ρ1] g·L-1、 [ρ2] g·L-1，則（ ）。

A. 達(dá)到平衡的時(shí)間：[乙容器>甲容器]

B. 不管[x]取何值均有[3ρ1=ρ2]

C. 若[x<4]，則[c2>3c1]

D. 若[x=4]，則[w1>w3]

解析：該題綜合考查等效平衡下達(dá)到平衡的時(shí)間、混合氣體的密度、某物質(zhì)的濃度、某物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)，難度較大。通過該習(xí)題的訓(xùn)練，可進(jìn)一步提升學(xué)生綜合分析問題的能力。A項(xiàng)，甲、乙兩容器只有投入的反應(yīng)物的量不同，投入的量越大反應(yīng)速率越大，達(dá)到平衡所需的時(shí)間越短，錯(cuò)誤;B項(xiàng)，甲容器物質(zhì)的量是乙容器物質(zhì)的量的3倍，質(zhì)量也是如此，因其容積恒定，則不管[x]取何值均有[3ρ1=ρ2]，正確;C項(xiàng)，恒溫恒容下，乙容器等效為在甲容器平衡的基礎(chǔ)上將壓強(qiáng)增大3倍，而當(dāng)[x<4]時(shí)，平衡正向移動(dòng)，則[c2<3c1]，錯(cuò)誤;D項(xiàng)，[x=4]時(shí)，甲、丙容器的平衡不等效，甲容器相當(dāng)于在丙容器反應(yīng)的基礎(chǔ)上增大B的物質(zhì)的量，則B的體積分?jǐn)?shù)增大，C的體積分?jǐn)?shù)減小，即[w1<w3]，錯(cuò)誤。綜上選擇B項(xiàng)。

[訓(xùn)練習(xí)題三]在一定溫度下，將2 mol SO2和1 mol O2通入一個(gè)一定容積的密閉容器內(nèi)，發(fā)生下列反應(yīng)：2SO2+O2? [ ][? ? ? ] 2SO3，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，反應(yīng)混合物處于化學(xué)平衡狀態(tài)。保持容器內(nèi)溫度不變，用a、b、c表示初始時(shí)加入的SO2、O2、SO3的物質(zhì)的量，如果a、b、c取不同的數(shù)值，它們需要滿足一定的相互關(guān)系，才能保證達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)反應(yīng)混合物中三種氣體的體積分?jǐn)?shù)和上述平衡完全相同。請?zhí)顚懴铝锌瞻住?/p>

（1）如果[a=0]，[b=0]，那么[c=]? ? ? ? ? ? ? 。

（2）如果[a=0.5]，那么[b=]? ? ? ? ? ? ?，[c=]? ? ? ? ? ? ?。

（3）a、b、c的取值需要滿足的一般條件是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。（用兩個(gè)方程式表示，其中一個(gè)只含有a和c，另一個(gè)只含有b和c）

解析：由化學(xué)方程式2SO2 + O2? [ ][? ? ? ] 2SO3可以看出，這是一個(gè)反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不相等的可逆反應(yīng)，在恒溫定容狀態(tài)下，構(gòu)建同一個(gè)化學(xué)平衡狀態(tài)。初始時(shí)，無論怎樣改變?nèi)N氣體的物質(zhì)的量，使得化學(xué)反應(yīng)從正反應(yīng)開始，或者從逆反應(yīng)開始，或者正、逆反應(yīng)同時(shí)開始，其構(gòu)建的化學(xué)平衡狀態(tài)的效果都相同，即它們存在等效平衡關(guān)系。（1）如果[a=0]，[b=0]，那么表明反應(yīng)從逆反應(yīng)開始，根據(jù)化學(xué)方程式得出，反應(yīng)從2 mol SO2開始，通過將反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)的比換算成SO2和O2的物質(zhì)的量，和反應(yīng)從2 mol SO3和1 mol O2的混合物開始是等效的，因此[c=2]。（2）因?yàn)閇a=0.5]，小于2，表明正、逆反應(yīng)是同時(shí)開始的，根據(jù)化學(xué)方程式得出，想要0.5 mol SO2反應(yīng)，需要加入0.25 mol O2，通過等價(jià)轉(zhuǎn)化可以知道，其和0.5 mol SO2是一樣的，這時(shí)加入1.5 mol SO3和起始時(shí)加入2 mol SO3是等效的，因此[b=0.25]，[c=1.5]。（3）題目中要求2 mol SO2和1 mol O2與c mol SO3構(gòu)建等效平衡，根據(jù)化學(xué)方程式可知，c mol SO3等效轉(zhuǎn)化后和c mol SO2與[c2] mol O2等效，所以[a+c=2]，[b+c2=1]。

綜上所述，高中化學(xué)等效平衡知識(shí)點(diǎn)多且抽象，常在各類測試中作為壓軸題出現(xiàn)，難度較大，極易失分。為了幫助學(xué)生攻克這一學(xué)習(xí)難點(diǎn)，教師應(yīng)為學(xué)生系統(tǒng)地講解等效平衡知識(shí)，加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)，驅(qū)使學(xué)生主動(dòng)思考，使其更好地理解與掌握等效平衡的相關(guān)規(guī)律，明確不同類型的等效平衡規(guī)律成立的條件;同時(shí)做好等效平衡相關(guān)規(guī)律的應(yīng)用講解，幫助學(xué)生厘清應(yīng)用等效平衡規(guī)律解題的思路。

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（責(zé)任編輯 羅 艷）

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