王杏林

化學平衡（特別是等效平衡）是高中化學知識體系中的重難點，而假想中間態(tài)模型是解答等效平衡問題的有效方法。本文提出假想中間態(tài)模型，構建不同投料比、不同狀態(tài)下的假想中間態(tài)模型，用以分析并快速解答化學平衡中的比較類問題。

一、假想中間態(tài)模型的適用情境

對于同一個可逆反應，以不同投料比或在不同狀態(tài)下進行投料分別建立平衡，可通過構建假想中間態(tài)模型比較最終平衡狀態(tài)各物理量（百分含量、轉化率等）的大小關系。運用此模型進行分析時，需要利用假想的平衡移動過程，但并不解釋條件改變后平衡的真實移動方向。

例題1 對反應：

初始投入2 mol SO3后建立平衡，平衡后SO3的轉化率為α，百分含量為6；之后再向此平衡體系中投入2 mol SO3。問：①投料后平衡向什么方向移動？②再次建立平衡后SO3的轉化率、百分含量較初次平衡大小關系如何比較？

分析①此問考查條件改變后平衡的真實移動方向。向平衡體系中再次加入反應物，使正逆反應速率不再相等，打破原有平衡狀態(tài)使平衡發(fā)生移動，可以從速率-時間圖像、濃度商和平衡常數(shù)大小關系、勒夏特列原理等方面解釋說明，得出結論：平衡正向移動。

②比較兩次平衡狀態(tài)相關物理量（SO3的轉化率、百分含量）的大小關系，可以構建假想中間態(tài)模型進行分析。

二、假想中間態(tài)模型的構建

1.恒溫恒容條件下，比較倍數(shù)比投料平衡狀態(tài)

恒溫恒容條件下，對于氣相反應：

建立倍數(shù)比投料下的“假想中間態(tài)模型”。初始投料按照反應物的化學計量數(shù)（a mol A和b molB）進行投料，建立平衡狀態(tài)Ⅰ。為便于學生理解模型建構原理，以最基礎的2倍投料為例構建假想中間態(tài)模型，建立平衡狀態(tài)Ⅱ。

建構模型如圖1所示，以初始投料建立平衡狀態(tài)Ⅰ，以2倍投料建立假想過程（倍數(shù)比投料→構建假想中間態(tài)→建立假想平衡狀態(tài)Ⅰ→抽隔板→加壓→平衡移動），到平衡狀態(tài)Ⅱ。本文選取平衡時各物質的百分含量（a% A、b% B、c% C和d% D）對倍數(shù)比投料平衡狀態(tài)進行分析。任意倍數(shù)投料過程分析與之相似。

（1）模型結論：恒溫恒容條件下，倍數(shù)比投料后平衡狀態(tài)等效于對原平衡增大壓強，根據(jù)勒夏特列原理可知，增大壓強使平衡向氣體系數(shù)和小的方向移動。

（2）平衡狀態(tài)對比分析：

若a+b=c+d，增大壓強平衡不移動，所建立平衡Ⅱ與Ⅰ為等效平衡，則a% =a1%

若a+b>c+d，增大壓強平衡正向移動，所建立平衡Ⅱ與Ⅰ不是等效平衡，a% >a1%。

若a+b＜c+d，增大壓強平衡逆向移動，所建立平衡Ⅲ與Ⅰ不是等效平衡，a% ＜a1%。

假想中間態(tài)模型的建立可解決例題1中提出的倍數(shù)比投料問題，對于反應

再次建立平衡后，使SO3平衡轉化率下降、百分含量增大。

2.恒溫恒壓條件下，比較倍數(shù)比投料平衡狀態(tài)

類比上述分析過程，在恒溫恒壓條件下，對于氣相反應：

可建立倍數(shù)比投料下的“似想中間態(tài)模型”。初始投料按照反應物的化學計量數(shù)（a mol A和b mol B）進行投料，建立平衡狀態(tài)Ⅰ。倍數(shù)比投料設計為2倍投料，建立如圖2所示的假想過程（倍數(shù)比投料→構建假想中間態(tài)→建立假想平衡狀態(tài)Ⅰ→抽隔板），可得到平衡狀態(tài)Ⅱ。

（1）模型結論：恒溫恒壓條件下，由于壓強恒定，抽隔板后無需壓縮為原體積，得到的平衡狀態(tài)與原平衡等效。

（2）平衡狀態(tài)對比分析：倍數(shù)比投料下所建立的平衡Ⅱ與Ⅰ為等效平衡，則a%=a1%：

例題2 恒溫恒壓條件下，將一定體積的SO3充入密閉容器中，發(fā)生反應：

并建立平衡。保持溫度不變，再充入一定量的SO3，達到新平衡后，下列物理量與原平衡相比增大的是（ ）。

分析 再充入一定量的SO3，分析平衡狀態(tài)各物質含量，需要用到假想中間態(tài)模型。恒溫恒壓條件下，倍數(shù)比投料與原平衡等效，反應物轉化率不變，故B選項錯誤。各物質百分含量不變，則濃度比值不變，故C選項錯誤。倍數(shù)比投料后體系中各物質的物質的量均加倍，故A選項正確。D選項為平衡常數(shù)倒數(shù)的表達式，只與溫度有關，故D選項錯誤。

答案：A。

三、構建假想中間態(tài)模型，巧解環(huán)境對比類問題

1.比較恒溫恒容和恒溫恒壓條件下的平衡狀態(tài)

對于氣相反應：

按照反應物的化學計量數(shù)（a mol A和b mol B）進行投料，建立不同狀態(tài)下的“假想中間態(tài)模型”，如圖3所示。

恒溫恒壓條件下，對于氣體分子數(shù)增大（a+bc+d）的反應容器體積減?。▽胶鉅顟B(tài)Ⅲ），基于此，對比恒溫恒容下的平衡狀態(tài)Ⅰ運用假想過程（構建假想中間態(tài)Ⅰ→拉伸／壓縮→假想中間態(tài)2→平衡移動），從而可分別得到平衡狀態(tài)Ⅱ和Ⅲ。

（1）平衡狀態(tài)對比分析

若a+b=c+d，相較恒容體系，恒壓體系在反應過程中體積不變，所建立平衡與恒溫恒容條件下的平衡等同。

若a+b＜c+d（氣體系數(shù)和增大），相較恒容體系，恒壓體系在反應過程中體積增大，可假想成在平衡狀態(tài)Ⅰ基礎上進行拉伸處理，相當于減壓，減壓導致平衡向著氣體系數(shù)大的方向即正向移動，則a%>a1%。

若a+b>c+d（氣體系數(shù)和減小），相較恒容體系，恒壓體系在反應過程中體積減小，可假想成在平衡狀態(tài)Ⅰ基礎上進行壓縮處理，相當于加壓，加壓導致平衡向著氣體系數(shù)小的方向即正向移動，則a%>a2%。

（2）得出結論：起始投料相同時，若a+b=c+d，兩次平衡為等效平衡，兩體系中反應物轉化率相等；若a+b≠c+d，兩次平衡不是等效平衡，恒溫恒壓體系中反應物轉化率較恒溫恒容體系大。

3）特別注意：起始投料若為反向投料，此結論不適用，但可利用本文提出假想中間態(tài)模型進行分析推導，可用于實際教學中學生模型應用能力的培養(yǎng)與檢驗。

2.比較恒溫恒容和絕熱恒容條件下的平衡狀態(tài)

對于氣相反應：

按照反應物的化學計量數(shù)（a mol A和b mol B）進行投料，建立不同狀態(tài)下的“假想中間態(tài)模型”。具體而言，恒溫恒容條件下，建立平衡狀態(tài)Ⅰ。根據(jù)圖4所示，絕熱恒容條件下，對于正反應放熱的化學反應而言，反應過程中體系溫度升高（對應平衡狀態(tài)Ⅱ），對于正反應吸熱的化學反應而言，反應過程中體系溫度降低（對應平衡狀態(tài)Ⅲ），基于此，對比恒溫恒容條件下的平衡狀態(tài)Ⅰ，可運用假想過程（構建假想中間態(tài)1→升溫／降溫→平衡移動），從而可分別得到平衡狀態(tài)Ⅱ和Ⅲ。

（1）平衡狀態(tài)對比分析：

若正反應放熱，絕熱體系在反應過程中溫度升高，相當于在平衡狀態(tài)→基礎上進行升溫處理，升溫導致平衡向著吸熱方向即逆向移動，a%

若正反應吸熱，絕熱體系在反應過程中溫度降低，相當于在平衡狀態(tài)→基礎上進行降溫處理，降溫導致平衡向著放熱方向即逆向移動，a%

（2）得出結論：起始投料相同時，恒溫恒容體系中反應物的轉化率較絕熱恒容體系大。

（3）特別注意：起始投料若為反向投料，此結論不適用，但可利用本文提出的假想中間態(tài)模型進行分析推導，可用于實際教學中學生模型應用能力的培養(yǎng)與檢驗。

例題2 在甲、乙、丙3個不同密閉容器中按不同方式投料，一定條件下發(fā)生反應（起始溫度和起始體積相同）：

相關數(shù)據(jù)見表1，問：3個體系中平衡時AB3濃度的大小關系。

分析 本題3種狀態(tài)投料方向不同，不可直接利用本文所得結論。但可依據(jù)本文所建立的方法進行分析。運用等效平衡中的“一邊倒，全相等”規(guī)律可知：在環(huán)境狀態(tài)相同情況下，甲、乙、丙3種投料方式所建立平衡狀態(tài)等同。在此基礎上再依據(jù)條件進行分析，以恒溫恒容體系（甲）作為標準建立平衡狀態(tài)Ⅰ，恒溫恒壓體系（丙）初始投料為2 mol AB3，發(fā)生反應：

在反應過程中體積增大，可假想成在平衡狀態(tài)Ⅰ基礎上進行拉伸及減壓處理，減壓導致平衡向著生成A2和B2的方向移動，使AB3濃度減小。類似的，以恒溫恒容體系（甲）作為標準建立平衡狀態(tài)Ⅰ，絕熱恒容體系（乙）初始投料為2 mol AB3，發(fā)生反應

在反應過程中吸熱使體系溫度降低，可假想成在平衡狀態(tài)Ⅰ基礎上進行降溫處理，降溫導致平衡向著生成AB3的方向移動，使AB3濃度更大，三個體系均達到平衡時，AB3濃度關系為乙>甲>丙。

通過推導不難發(fā)現(xiàn)，反向投料后反應物轉化率的大小關系與本文正向投料所得結論恰好相反。

（收稿日期：2023-12-07）