淺析理解等效平衡的三種模式

李厚良

摘 要：等效平衡包括全等平衡和相似平衡，應用中存在三種模式，要掌握其推理過程，需理解等效物料，這里通過剖析等效物料的關系闡述了等效平衡的三種模式。

關鍵詞：等效平衡 模式 等效物料

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）03（c）-0075-01

化學平衡是速率平衡、化學反應等理論的基礎，是其它平衡理論的基石，是化學教學目標的內容[1]，新教材對化學平衡降低難度，其仍是考點，等效平衡是重點和難點。目前，講解等效平衡一開始就展現解題模式，很少講解模式的來源，學生理解困難，做題中理解體會，認識膚淺，以等效平衡為基礎演變的習題解答費力。為了讓學生更好的理解等效平衡，這里對等效平衡進行剖析。一般認為等效平衡與反應始點、條件無直接關系，只需看平衡點[2]；對同一個可逆反應，無論通過什么方式達到平衡，只要在平衡點上同一組分在平衡混合體系中所占的質量分數或物質的量分數相同，則可認為這些通過不同路徑達到平衡是相同效果的平衡，稱為等效平衡，分為兩種：一種為兩個平衡點總質量一樣，相同組分的質量分數也一樣，稱為全等平衡；另一種是總質量不一樣，但相同組分的質量分數一樣，稱為相似平衡。

等效平衡可用平衡常數來解決，但處理較麻煩，中學等效問題是在一定條件下如恒溫恒容或恒溫恒壓，均有規律可循。高中階段等效平衡分三種模式，模式一：恒溫恒容時對一般可逆反應不同的投料方式如果根據化學方程式中計量系數比換算到同一邊時，反應物或生成物中同一組分的物質的量相同，稱為全等平衡。模式二：在恒溫恒壓時可逆反應以不同的投料方式反應，如果根據化學方程式中計量系數比換算到同一邊時，只要反應物或生成物中各組分的物質的量比例相同，稱為相似平衡。模式三：無論是恒溫恒壓還是恒溫恒容時對于反應前后氣體分子數不變的可逆反應，不同投料方式如果根據化學方程式中計量系數比換算到同一邊時，只要反應物或生成物中各組分的物質的量比例相同，也是相似平衡。這三種模式出現是以結論的模樣展現，學生只能通過做題來驗證結論的正確性，不理解這三種模式是如何推理的。這三種模式都是在一定條件下初始投料的不同而產生等效平衡，在一定條件下如果兩種不同形式的投料最終達到等效平衡，這種投料關系為等效物料。

等效物料1，描述方便投料單位均為mol，例1：一定條件下在相同容器中對N2+3H22 NH3投料：投料1為N2 1mol，H2 3mol，NH3 0mol達到平衡；投料2為N2 0mol，H2 0mol，NH3 2 mol達到平衡，經驗證這兩種不同物料方式形成的平衡相互等效且是全等平衡，根據兩種投料方式與方程式系數的關系，學生會理解其中的規律。讓學生延伸根據規律再列出如：（2、6、0）和（0、0、4）；（0.5、 1.5、0）和（0、0、1）等為等效物料。等效物料1：在相同條件下與方程系數成相同比例的反應物的料與生成物的料，可相互替換，互為等效物料。這讓學生掌握了尋找反應物和生成物的料之間的替代關系。例2：一定條件下在相同容器中對N2+3H22NH3投料：投料1為N25 mol，H27 mol，NH30 mol達到平衡；投料2為N22 mol，H23 mol，NH30 mol達到平衡，再投料N2為1 mol，H22 mol，NH30 mol達到新平衡，接著再投料N22 mol，H22 mol，NH30 mol達到最終平衡。投料2方式是把第一次投的總料分成三次去加，最終達到平衡，從物質守恒角度上不難理解這兩種平衡為全等平衡。等效物料2：在一定條件下一次性投料和把等量的料分幾次投，建立等效平衡。在學生理解和建立起這兩種等效物料基礎上，讓學生分析例3：在等溫等容情況下對N2+3H22 NH3投料，問它們是否建立等效平衡？投料1為N25 mol，H27 mol，NH32 mol達到平衡1；投料2為N24 mol，H24 mol，NH34 mol達到平衡2；投料3為N25.5 mol，H28.5 mol，NH31 mol達到平衡3；投料4為N23mol，H21mol，NH36 mol達到平衡4，這四種投料表面上沒有關系，用等效物料1及等效物料2對四種物料分割處理，結果如何？如對投料1：第一步拿等效物料2拆分，第二步用等效物料1替換，第三步用等效物料2加和，通過這樣處理依次把投料2、3、4都處理，發現它們都是等效的。可描述為對N2+3 H22 NH3進行兩組或多組投料，恒溫恒容時對一般可逆反應不同的投料方式如果根據化學方程式中計量系數比換算到同一邊時，反應物或生成物中同一組分的物質的量完全相同，就為等效平衡。例4：等溫等壓下在容器Ⅰ中加入1 mol氨氣及2 mol氫氣，在容器Ⅱ中加入2 mol氨氣及4 mol氫氣，它們達到平衡時所形成的平衡是否等效？通過阿伏加德羅定律不難看出：開始時容器Ⅰ氣體體積是容器Ⅱ的一半，平衡時兩個容器體積都下降，但最終容器Ⅰ氣體體積仍是容器Ⅱ的一半。如果平衡時容器Ⅱ中插入一個隔板把容器Ⅱ分成相等的兩部分，每一部分與容器Ⅰ所含物質完全相同，建立相似平衡，為等效物料3：同溫同壓下若按原物料的物質比例投料形成的平衡與原物料等效，恒溫恒壓時可逆反應以不同的投料方式反應，如果根據化學方程式中計量系數比換算到同一邊時，只要反應物或生成物中各組分的物質的量比例相同，為等效平衡，是相似平衡。延伸：（1）為什么等溫等容下要求兩種不同投料的量相同而不是量比相同？（2）如果等溫等容下兩種不同投料的量比相同會不會等效？例5：對aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）等溫下，在三個容器中分別投入2 molA、4 molB；2 molA、4 molB；4 molA、8 molB達到平衡后等效嗎？其中容器Ⅰ容積是Ⅱ、Ⅲ的一半；容器Ⅱ和Ⅲ容積相等。容器Ⅰ和容器Ⅲ中所有物質濃度相同，建立相似平衡。它們如果以容器Ⅱ為始點，前者把容器Ⅱ縮小體積，加壓一倍；后者體積不變再投料一倍。是等效物料4：等溫等容時按原物料的比例加倍投料（或減料），與不加（減）料而縮小（擴大）體積加（減）相同倍數的壓強效果相同，形成相似平衡。等溫等容下量比相同的情況相當于等溫等容時按原物料的比例加倍投料或減料，變成在原料不變的基礎上加（減）相同倍數的壓強問題。如果某個反應在料不變的基礎上，縮小體積加壓平衡不移動，則該反應在容器體積不變時按原料的比例成倍加料平衡點也不會移動。滿足縮小體積加壓平衡不移動的方程只有前后氣體系數之和相等的反應，總結：無論是恒溫恒壓還是恒溫恒容時，對于反應前后氣體分子數不變的可逆反應，不同的投料方式如果根據化學方程式中計量系數比換算到同一邊時，只要反應物或生成物中各組分的物質的量比例相同，也互為等效平衡。

參考文獻

[1] 劉存芳.新課程標準下化學教學目標的敘寫[J].教學與管理，2008，7（3）：58-59.

[2] 劉存芳.新課標下化學教學中培養學生科學素養的探討[J].中國科教創新導刊，2008，22：85.