從反應條件入手突破等效平衡難點問題

〔關鍵詞〕 化學教學;等效平衡;恒溫定容;恒溫定壓

〔中圖分類號〕 G633.8〔文獻標識碼〕 C

〔文章編號〕 1004—0463(2010)05(A)—0052—02

很多學生對氣體可逆反應中的等效平衡問題感到難以判斷和理解.本人在實際教學中感受到，這類問題若從它們的反應條件入手將較易解決.

一、恒溫定容時的等效平衡

1.對于反應前后氣體分子數不相等的反應來說，起始雖然以不同方式投料，但不同情況下，若各相同組分物質的量相等，或根據化學方程式系數等價轉換后的物質的量相等，便可達到等效平衡.

例題1.在一定溫度下把2 mol A和1 mol B通入一個固定容積的密閉容器中，發生反應2A(g) +B(g)?葑2C(g).達到平衡時，C的體積分數為W%.若維持容器的體積和溫度不變，令a、b、c分別代表A、B、C物質加入的物質的量(mol):

(1)下列情況達到平衡時，容器內C物質的體積分數仍為W%的是;

A. a=0b=0c=2B. a=0b=1c=2

C. a=0.5b=0.25c=1.5D. a=2b=1c=2

(2)此條件下，要達到等效平衡，a、b、c之間必須滿足的條件是(用兩個方程式表示，其中一個只含a和c，另一個只含b和c) .

分析如下:

2A(g) + B(g) ?葑 2C(g)

原來加入的物質的量:a=2 b=1c=0

A中:a=0 b=0c=2

等價轉換后相當于:a=2 b=1c=0

B中:a=0 b=1c=2

等價轉換后相當于:a=2 b=2c=0

C中:a=0.5 b=0.25c=1.5

等價轉換后相當于:a=2 b=1c=0

D中:a=2 b=1c=2

等價轉換后相當于:a=4 b=2c=0

由此可知，在A、C項中，由于等價轉換后各物質物質的量與原來狀況下的相同，為等效平衡，因此，達平衡時C物質的體積分數仍為W%的是A、C項.同時也可推知，在恒溫定容下，此類反應要達到等效平衡， a、b、c之間按反應方程式系數，經過等價轉換后各物質的物質的量必須要與原來加入的(a=2，b=1，c=0)物質的量相同.即只有當滿足a+c=2，b+■=1(或2b+c=2)的條件時方可與原來的狀況互為等效平衡.

2.對于反應前后氣體分數相等的可逆反應，只要對應物質的投料量按原比例以相同倍數變化，就可達等效平衡.

例題2. 向某密閉容器中充入1 mol CO和2 mol H2O(g)，發生反應CO(g)+H2O(g)■CO2(g)+H2 (g).當反應達到平衡時，CO的體積分數為x.若維持容器的體積和溫度不變，起始物質按下列四種配比充入該容器中.達到平衡時，CO的體積分數等于x的是;大于x的是;小于x的是.

A. 0.5 mol CO+2 mol H2O(g)+1 mol CO2+1 mol H2

B. 1 mol CO+1 mol H2O(g)+1 mol CO2+1 mol H2

C. 0.5 mol CO+1.5 mol H2O(g)+0.4 mol CO2+0.4 mol H2

D. 0.5 mol CO+1.5 mol H2O(g)+0.5 mol CO2+0.5 mol H2

分析如下:

CO(g) + H2O(g) ?葑 CO2(g) + H2(g)

原來狀況下:1 mol2 mol 0 mol0 mol

A 中:0.5 mol2 mol 1 mol1 mol

相當于:1.5 mol3 mol 0 mol0 mol

B 中:1 mol1 mol 1 mol1 mol

相當于:2 mol 2 mol 0 mol0 mol

C 中:0.5 mol1.5 mol 0.4mol 0.4 mol

相當于:0.9 mol1.9 mol 0 mol0 mol

D 中:0.5 mol1.5 mol 0.5mol 0.5 mol

相當于:1 mol 2 mol 0 mol0 mol

由此可知，A中雖然是增倍投料了，但等價轉換后，CO和H2O(g)的物質的量之比仍為1∶2，故為等效平衡;D中轉換后相當于CO和H2O(g)也投入了1 mol和2 mol，仍為等效平衡，因此，CO體積分數等于x的為A、D項.而在B中，相當于只增加了CO的濃度，達到平衡時，CO的轉化率減小，故平衡時CO的體積分數大于x.在C中，由于轉換后相當于CO和H2O(g)起始的物質的量之比為0.9∶1.9<1∶2，可看作是只增加了H2O(g)的濃度，使CO的轉化率增大，故CO的體積分數小于x.

二、恒溫定壓時的等效平衡

這種情況下，不論反應前后氣體分子數相等與否，只要不同情況下各組分按相同比例投料，或按化學方程式系數轉換后各組分物質的量比例相同，即可達到等效平衡

例題3.某溫度下，在一容積可變的密閉容器中，反應A(g)+B(g)?葑C(g)達到平衡時，A、B、C的物質的量分別為4 mol、2 mol、4 mol.保持溫度和壓強不變，對平衡混合物中三者的物質的量做如下調整后，C物質體積分數保持不變的是 ;化學平衡右移的是;化學平衡左移的是.

A. 均減半B. 均加倍

C. 均增加1 mol D. 均減少1 mol

分析如下:

A(g) +B(g)?葑C(g)

原平衡時:4 mol2 mol 4 mol

相當于: 8 mol6 mol 0 mol

在A中: 2 mol1 mol 2 mol

相當于: 4 mol3 mol 0 mol

在B中: 8 mol4 mol 8 mol

相當于: 16 mol 12 mol0 mol

在C中: 5 mol3 mol 5 mol

相當于: 10 mol 8 mol 0 mol

在D中: 3 mol1 mol 3 mol

相當于: 6 mol4 mol 0 mol

由此可知，只有在A、B項中，等價轉換后，A物質和B物質的物質的量之比與原平衡的相同，即為等效平衡，故A、B項中C的體積分數與原平衡的相等.C項中，符合原比例的各物質物質的量應為5mol、2.5 mol、5mol，此時B物質為3mol，可看作是只增加了B物質的物質的量，平衡向右移動.而在D項中，符合原比例的各物質的物質的量應為3mol、1.5mol、3mol，而此時B物質為1mol，可看作是減少了B物質的物質的量，故平衡向左移動.