等效平衡的判斷與應用

一、等效平衡的含義

化學平衡狀態與條件息息相關，而與建立平衡的途徑無關。對于同一可逆反應，當外界條件一定時，該反應無論從正反應開始，還是從逆反應開始，或是正逆反應同時進行，只要達到平衡時條件保持不變，加入物質的量滿足一定的配比，則可達到同一平衡狀態，稱為“等效平衡”，此時平衡混合物中各物質的質量分數相等。

等效平衡中有一類特殊的平衡，不僅任一相同組分的質量分數均相等，而且其物質的量均相等，這類平衡又稱為等同平衡。

二、判斷等效平衡的方法——極端轉化法

mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）

（1）m+n≠p+q，反應前后氣體分子數發生改變

恒溫恒容時，終極端轉化后，一側物質的物質的量濃度與原平衡相同，兩平衡等效。

恒溫恒壓時，終極端轉化后，一側物質的物質的量濃度的比值與原平衡相同，兩平衡等效。

（2）m+n=p+q，反應前后氣體分子數不變

無論是恒溫恒容還是恒溫恒壓，只要終極端轉化后，一側物質的物質的量濃度的比值與原平衡相同，兩平衡等效。

三、等效平衡的應用

（一）條件的相互推斷

【例1】 某溫度下，向某密閉容器中加入1molN2和3molH2，使之反應合成NH3，N2+3H22NH3，平衡后測得NH3的體積分數為φ（NH3）。若T不變，只改變起始加入量，使反應平衡后NH3的體積分數仍為φ（NH3）。若N2、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示應滿足：

1.T、V恒定時

（1）若X=0，Y=0，則Z= 。

（2）若X=0.75，Y= ，Z= 。

（3）X、Y、Z應該滿足的一般條件的表達式為 。

2.T、P恒定時

（1）若X=0，Y=0，則Z= 。

（2）若X=0.75，則Y= ，Z= 。

（3）X、Y、Z應滿足的一般條件是 。

解析：1.T、V恒定時

（1）若X=0，Y=0時，將1molN2和3molH2全部折算為NH3時應為2mol，故此時的Z=2mol。

（2）若X=0.75mol時，由化學計量數可知Y=3X=3×0.75mol=2.25mol，把0.75molN2和2.25molH2全部折算為NH3時應為1.5mol，所以Z=2-1.5=0.5mol。

（3）依化學方程式得ZmolNH3全部折算為N2和H2時，其物質的量分別為Z/2mol和3Z/2mol，則X、Y、Z滿足的條件為Y=3X，X+Z/2=1，Y+3Z/2=3。

2.T、P恒定時

（1）若X=0，Y=0，由等溫等壓下等效平衡建立的條件可知，Z值應為大于零的任意數，即Z>0。

（2）若X=0.75mol時，由化學計量數可知Y=3X=3×0.75=2.25mol，Z的取值應大于或等于零，即Z≥0。

（3）X、Y、Z應滿足的條件為Z≥0，Y=3X（其中X、Y不為0時，Z才取0）。

（二）確定平衡的移動方向

【例2】 某溫度下，在一容積可變的容器中，反應2A（g）+B（g）2C（g）達到平衡時，A、B和C的物質的量分別為4mol、2mol、4mol。保持溫度和壓強不變，對平衡混合物中三者物質的量作如下調整，可使平衡右移的是（ ）。

A.均減半 B.均加倍

C.均增加1molD.均減少1mol

解析：選項A、B中三者比例與原平衡比例相同，為等效平衡，平衡不移動。C可設想為兩步加入，第一步加入1molA、0.5molB、1molC此時平衡不移動，第二步加入0.5molB，平衡向右移動。D可設想為：第一步減少1molA、0.5molB、1molC，此時平衡不移動，第二步再減少0.5molB平衡向左移動，答案為C。

（三）判斷平衡時的轉化率變化

【例3】 t℃時，在一密閉容器中充入2molA和3molB，發生如下化學反應：

aA（g）+B（g）C（g）+D（g），平衡后測知各物質濃度有如下關系：

{c（A）}a×c（B）=c（B）×c（D），

然后在溫度不變的情況下，擴大容器容積至原來10倍，結果A的百分含量始終不變，則這時B的轉化率是（ ）。

A.60% B.40% C.4% D.無法確定

解析：設消耗B的物質的量為xmol，在溫度不變，擴大容器容積至原來10倍時，A的百分含量不變，說明該可逆反應前后體積守恒，即a+1=1+1，所以a=1。

aA（g）+ B（g） C（g）+D（g）

n初 2mol 3mol

n轉 xmol xmol  xmol xmol

n平 2-xmol 3-xmolxmol xmol

（2-x）（3-x）=x2 x=1.2mol

B的轉化率為：1.2/3×100%=40%，所以選B。

（責任編輯 羅 艷）