例論等效平衡原理及規律

張樹英

摘要：同一可逆反應體系，當外界條件一定時，反應無論從正反應開始，還是從逆反應開始，最后都能達到平衡狀態。平衡混合物中各同種物質的含量相同，或者是各同種物質的物質的量相同的平衡狀態都是所謂等效平衡。

關鍵詞：等效平衡 規律 典例

中圖分類號：G633.8文獻標識碼：A文章編號：1002—7661（2012）22—0047—02

化學平衡狀態是指在一定條件下的可逆返應置，正反應速率與逆反應速率相等，此時反應混合物里各組成成份和含量都保持不變，即前提是V正=V逆。當外界條件一定時，反應無論從正反應開始，還是從逆反應開始，最后都能達到平衡狀態。其中平衡混合物中各同種物質的含量相同，或者是各同種物質的物質的量相同的平衡狀態都是所謂等效平衡。

一、恒溫恒容條件下的等效平衡

Ⅰ類：對于反應前后氣體分子數改變的可逆反應，只改變起始時如入物質的物質的量，只要通過可逆反應的化學計量數比換算成化學平衡方程式同一半邊的物質的物質的量與原平衡相同，則兩平衡等效（等同平衡）。

Ⅱ類：對于反應前后氣體分子數不變的可逆反應，只要反應物（或生成物）的物質的量的比值與原平衡相同，兩平衡等效（等比例平衡）。

二、恒溫恒壓條件下的等效平衡

改變起始時加入物質的物質的量，只要按該可逆反應的化學計量數換算成同一半邊的物質的物質的量之比與原平衡相同，則達平衡后與原平衡等效（等比例平衡）。

判斷等效平衡的關鍵是“各同種物質的含量相同”。這其中的含量，可以是物質的量或物質的量分數、質量分數或體積分數。其次是弄清題設條件，是恒溫恒容條件的應用，還是在恒溫恒壓條件下的應用。

三、等效平衡規律

1.在定溫、定容條件下，對于反應前后不等分子的可逆反應，只改變起始時加入物質的物質的量，如通過可逆反應的化學計量系數換算成同一半邊物質的物質的量與原平衡相同，則兩平衡等效。

2.在定溫、定容條件下，對于反應前后氣體等分子的可逆反應，只要反應物（或生成物）的物質的量的比值與原平衡相同，兩平衡等效。

3.在定溫、定壓下，改變起始時加入物質的物質的量，無論等分子或不等分子的可逆反應，只要按化學計量數換成同一半邊的物質的量之比與原平衡相同，則達平衡后與原平衡等效。

四、等效平衡計算典例

例1：在一定溫度下，把2molSO2和1molO2通入一個一定容積的密閉容器里，發生如下反應：2SO2+O22SO3，當此反應進行到一定程度時，反應混合物就處于化學平衡狀態。現在該容器中，維持溫度不變，含a、b、c分別代表初始加入的S02、O2和S03的物質的量（mol），如果a、b、c取不同的數值，它們必須滿足一定的相互關系，才能保證達到平衡時反應混合物中三種氣體的體積分數仍跟上述平衡時的完全相同，請填寫下列空白：

（1）若a=0、b=0，則c=___________。

（2）若a=0.5，則b=___________和c=___________。

（3）a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個只含a和c，另一個只含b和c）： ，。

解析：這是一個等溫等容條件下不等分子的等效平衡題（等同平衡）。首先，平衡狀態的建立與反應途徑無關，對于該條件下的反應，初始態是2mol SO2和1mol O2混合物或是2mol純凈的SO3，兩者是等同的，最終達到平衡狀態完全相同。因此（1）中C=2。而（2）中初始整是從正逆反應同時開始，當a=0.5，則b==0.25，按方程式計量系數換算成一邊與0.5mol SO3是等效的，若要與原平衡等效（等同平衡），則還需加入1.5mol SO3。（3）中要求將具體問題抽象為普通規律，首先將生成物通過化學方程式等價轉化為反應物（即一邊倒），再去建立等同平衡關系。

Cmol S03相當于Cmol SO2+mol02即投入的SO2或SO3轉化為一邊應與原平衡SO2的量相同，即a+c=2，同理加入的02與SO3完全轉化為02的量（倒成一邊）之和應與原O2相同，即b+=1。

答案：（1）2，（2）0.25、1.5；（3）a+c=2，b+=1。

例2：在一個盛有催化劑可變的密閉容器中，保持一定溫度和壓強，進行以下反應：N2+3H22NH3。已知加1mol N2和4mol H2時，達到平衡后生成amol NH3。在相同溫度、壓強下，保持平衡時各組分的體積分數不變，對下列編號①～③的狀態，填寫表中的空白。

解析：這是一例等溫等壓下不等分子的等效平衡（等比例平衡），從題干知n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，因為是等溫等壓，所以只需各物質對應物質的量成比例，即為等效平衡。所以①中1.5：6：NH3（平衡）=1.5：6：1.5a；②起始狀態時，有1molNH3，按方程式計量系數換算成N2和H2分別為0.5mol和1.5mol，按1：4：a可得0.5：2：0.5a，故N2和H2原有物質的量應為0和2—1.5=0.5（mol）。③設起始n（NH3）為xmol，則N2和H2總量分別為（m+）mol和（g+）mol，則（m+）：（g+）=1：4，解得x=2（g—4m）。設n（NH3）平衡為ymol，可得4：a=（g+）：y，所以y=（g—3m）a

答案：①1.5a ②0，0.5 ③2（g—4m），（g—3m）a

其它等溫等壓等分子的類型，如同例2，建立等比例平衡即可。