化学平衡中的等效平衡

【摘 要】化学平衡知识是基本理论中的重要组成部分,也是历年高考中的必考内容,其中的等效平衡规律又在化学平衡中占有重要地位.

【关 键 词】等效平衡规律应用

化学平衡是中学化学教学中的一个重要内容,也是每年高考的重点考查内容.但由于其内容较抽象,命题也往往比较灵活,导致学生在学习中往往陷入迷茫,解题时也顾此失彼.因此化学平衡成为了学生学习化学中的一个难点,如何来突破这个难点呢?本人认为关键在于以下两点：一是掌握外界因素对化学平衡的影响；二是建立等效平衡观念.下面就重点谈谈等效平衡.

一、什么是等效平衡

所谓等效平衡就是指可逆反应从两个不同的起始状态开始,达到平衡时两个体系中对应组分的百分含量均相同,这两个平衡互称为等效平衡.那么如何才能达到等效平衡呢?一般认为在以下三种情况下可逆反应可达到等效平衡：

1.在定温定容时,对于所有的可逆反应若起始加入情况不同,但转化为反应方程式同一边物质后对应物质的物质的量均相同,则可达到等效平衡.

2.在定温定压时,对于所有的可逆反应若起始加入不同,但转化为方程式同一边物质后各物质的物质的量成正比,则可达到等效平衡.

3.在定温定容时,对于反应前后气体分子数相等的反应,若起始加入情况不同,但转化为反应方程式同一边物质后各物质的物质的量成正比,则可达到等效平衡.

二、等效平衡的建立和特征

条件：两反应体系的温度、容积（或温度、压强）完全相同,且参加反应的各种物质的量也必须相等（或对应成比例）.

特征：由同一可逆反应建立的两个气态化学平衡体系,外界条件温度压强（或温度容积）完全相同,平衡混合物中各物质的百分含量对应相等（或各物质的量对应相等）.

三、等效平衡规律

1.无论在恒温、恒压（或恒温、恒容）,只要起始加入物质的物质的量相同,则平衡时,每种物质的物质的量、浓度和百分含量都对应相同,即两平衡完全相同,是等同平衡.

2.恒温、恒压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效.平衡时每种物质的百分含量对应相同,物质的量等倍数地增大或减小.

3.恒温、恒容下：①对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物（或生成物）的物质的量的比值与原平衡相同,两平衡等效.平衡时每种物质的百分含量对应相同,物质的量等倍数的增大或减小.②对于反应前后气体分子数不相等的可逆反应,只改变起始时加入物质的物质的量,如通过化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等同.

四、等效平衡应用及举例

先看条件：若为定温定压则只需转化后各物质的物质的量成正比即可判定等效平衡；若为定温定容,则看反应前后气体分子数,若反应前后气体分子数相等,也只需转化后各物质的物质的量成正比即可达到等效平衡；若反应前后气体分子数不等,则必须转化后各物质的物质的量相同才能达到等效平衡.

【例】恒温下在一个密闭容器中发生如下反应：A（g）+3B（g）等于2C（g）

（1）若容器的容积可变,反应在恒压下进行.开始时放入物为1molA和3molB（记为反应甲）,结果到达平衡后,生成了amolC,且C在平衡混合物中的体积分数为ε.若开始时放入0.5molA,xmolB和ymolC（记为反应乙）,到达平衡后要使C在平衡混合中的体积仍为ε（A、B的体积分数也对应相等,下同）则x等于___,y等于___,平衡时C的物质的量是a的__倍.

（2）若容器的容积恒定,开始时放入1molA和3molB（记为反应丙）,达到平衡后,C的体积分数也为ε,则容器的容积比反应甲的起始体积___（选填“大”“小”“相等”）.若开始时放入物是0.5molA,wmolB,zmolC（记为反应丁）,达平衡后,C的体积分数仍为ε,则w等于__,z等于__.

解析：首先根据化学方程式,把投料中的生成物检测设完全发生逆反应而转化成反应物,并与直接投入的同种反应物的物质的量相加,作为该反应物的起始量.这一步简称之谓“转并”.然后对不同次投料经“转并”后的“起始量”进行比较,得出是否“等效”的结论.规律是：

对恒压容器（容积可变）,只要两次投料中各物质的物质的量之比相等,则平衡混合物的百分组成也相同.但这种“等效”的两平衡体系,混合物的总量并不相同,平衡总物质的量之比等于起始物质的量之比.

对恒容容器,则要求两次投料（转并后）完全相同才能使平衡态时混合物的百分组成相同.这时两平衡体系的总物质的量也相等.

本题（1）是恒压容器,为使反应甲、乙的投料比例相等,即乙的投料要符合n（A）∶n（B）等于1∶3,x应该取1.5mol,而y可以是任意值.反应乙的投料总量（转并后）是反应甲的（y+1）/2倍,故平衡时C的物质的量是a的（y+1）/2倍.本题（2）是恒容反应.由题可知,反应丙的平衡态与反应甲的平衡态完全相同,所以丙的容积应与甲的平衡体积相同.由于甲的容积在反应过程中是减小的,平衡时最小,故反应前比丙的容积大.反应丁的平衡和反应丙的平衡是恒容下的等效平衡,必符合投料（经转并后）完全相同的条件.故有n（z）等于1mol,n（w）等于1.5mol答案：（1）x等于1.5mol,y等于任意摩,一定范围,（y+1）/2（2）小,w等于1.5mol,z等于1mol

总之,等效平衡实际上可分为三小块进行分析,在深入理解等效平衡原理的基础上,在实际解题中也可依据其口诀“等压比相等；等容量相等,但若系（气体系数）不变,可为比相等”简化分析过程,提高解题速度.