構建模型法解決平衡轉化率及平衡影響因素問題

山東 王淑芹

(作者單位：山東省德州市實驗中學)

構建模型法解決平衡轉化率及平衡影響因素問題

在化學反應原理中，學生雖已知道平衡常數是定量描述化學平衡狀態的參數，依據平衡常數可以分析反應進行的方向，并可以比較平衡移動前后平衡轉化率的增減。但由于涉及計算，而且需要從理解的層面分析影響化學平衡的因素，學生容易產生理解誤區和應用誤區。特別是改變條件，對反應物平衡轉化率的變化以及壓強影響化學平衡的定量分析是最容易出現錯誤的難點。為解決這一難點，并強化化學平衡常數在定量分析化學平衡問題中的重要性，我們可以用構建模型法解決以上問題。具體方案如下：

一、以教材中的典型可逆反應為模型

從不同角度認識其反應特點，掌握各個因素對這些反應平衡體系的影響結果。如：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)放熱反應氣體系數和減小2NO2(g)N2O4(g)放熱反應氣體系數和減小,且只有一種反應物H2(g)+I2(g)2HI(g)放熱反應氣體系數和不變

二、強化平衡常數的計算，在計算中論證有關結論，構建思維模型

【模型一】現以對“增大一種反應物的濃度，能夠提高另一種反應物的平衡轉化率，而自身的平衡轉化率卻減小”的理解與應用為例說明。

( )

A.減小NO2的濃度

B.增加NO2的濃度

誤解：增大一種反應物的濃度，平衡正向移動，使另一種反應物的平衡轉化率增大，而自身的平衡轉化率減小，誤判為A正確。

誤解分析：盲目套用規律，忽略了該方程式中反應物只有一種，而且反應前后氣體的總物質的量發生變化，因此在平衡正向移動的過程中，所加入的NO2的反應程度與原來不同。即新平衡與原平衡相比，不僅有濃度對平衡的影響，還產生了壓強因素對平衡的影響。

正確答案：B

模型構建：應用平衡常數進行計算論證，發現并總結規律。

假設一定溫度下，在體積為2 L的容器中用2 mol NO2建立平衡時，NO2的平衡轉化率為50%，現向平衡體系中再加入2 mol NO2，則

c0/mol·L-1___________1___________0

Δc/mol·L-1___________0.5___________0.25

c平/mol·L-1___________0.5___________0.25

∴K=0.25÷0.52=1

再充入2 mol NO2，則相當于在原條件下，用4 mol NO2建立平衡，如果NO2的平衡轉化率不變，則

c0/mol·L-1___________2___________0

Δc/mol·L-1___________1___________0.5

c末/mol·L-1___________1___________0.5

∴Q=0.5÷12=0.5

結論：在溫度、體積不變的條件下，增大NO2的濃度，NO2的平衡轉化率增大。

質疑：該規律是否具有普遍性呢？下面以氨氣的分解為例再進行論證：

c0/mol·L-1___________2___________0___________0

Δc/mol·L-1___________0.2___________0.1___________0.3

c平/mol·L-1___________1.8___________0.1___________0.3

∴K=0.33×0.1÷1.82=1/1 200

再充入2 mol NH3，相當于用4 mol NH3建立平衡，假設NH3的平衡轉化率不變，則

c0/mol·L-1___________4___________0___________0

Δc/mol·L-1___________0.4___________0.2___________0.6

c末/mol·L-1___________3.6___________0.2___________0.6

此時，Q=0.63×0.2÷3.62=1/300>K,即此時反應將逆向進行，故達新平衡后，NH3的平衡轉化率將比原來更小。

綜上，可構建該類問題的結論模型：對只有一種反應物的可逆反應建立的平衡，在溫度、體積不變時，增大反應物濃度，平衡正向移動，而反應物的平衡轉化率則與方程式中的氣體系數和有關：若氣體系數和減小，則平衡轉化率增大；若氣體系數和增大，則平衡轉化率減小。

[理論分析]以例2為例，再充入2 mol NO2，可以認為是將兩個完全相同的平衡體系合并在一起，并保持體積不變，實際相當于原平衡的體積減小到原來的1/2。結合“加壓，平衡向氣體系數和減小的方向移動”，則得出反應物平衡轉化率增大的結論。

通過化學平衡常數的計算論證，不僅可以使學生掌握基本計算思路，提高計算技巧，還可以在論證中加深對基本理論的理解和認識，強化學生從定量角度分析化學平衡問題的意識，從而減少思維誤區和知識應用誤區，并且提高學生對問題的應變能力。例如對上述問題，如果是反應前后方程式中的氣體系數和相等，則反應物的平衡轉化率將不發生變化。

【模型二】壓強影響化學平衡的定量分析

( )

A.m+n>p

B.A的轉化率降低

C.平衡向逆反應方向移動

D.E的體積分數增加

誤解：設原平衡中E的濃度為c，則新平衡中E的濃度為1.9c>c，故平衡正向移動，A的轉化率增大，E的體積分數增加，即D項正確，BC錯誤。根據加壓(減小體積)，平衡向氣體系數和減小的方向移動可知，m+n>p，故A項正確。

正解：假設原平衡體系的體積為V，E的平衡濃度為c，則原平衡體系中E的物質的量為cV。則改變條件后，體積為V/2，濃度為1.9c，即E的物質的量為1.9c×V/2=0.95cV

答案：BC

誤區分析：盲目從濃度的大小判斷平衡移動導致的產物增減，而忽略了濃度的變化既受平衡移動的影響，還直接受壓強(體積)變化的影響。

模型構建：平衡移動的結果，如果使反應產物的物質的量增加(即:使反應物的物質的量減少)，則稱為平衡正向移動；反之，稱為平衡向逆反應方向移動。

只有在體積不變的條件下，組分濃度的增減才與其物質的量的增減保持一致，濃度的增減才直接體現平衡的移動方向。

跟蹤訓練

氣體體積/Lc(Y)/mol·L-1溫度/℃1241001.000.750.532001.200.900.633001.301.000.70

下列說法正確的是

( )

A.m>n

B.Q<0

C.溫度不變，壓強增大，Y的質量分數減少

D.體積不變，溫度升高，平衡向逆反應方向移動

(作者單位：山東省德州市實驗中學)