化學平衡狀態的解題

張桂娟

【摘 要】高考關于化學平衡狀態的考查集中于化學平衡狀態的判斷和利用平衡常數進行化學平衡狀態的計算。化學平衡狀態的判斷需把握υ正=υ逆為依據或以某物質濃度不變為依據來判斷，或者以濃度商不變來判斷。化學平衡的計算則以“三段法”討論始態與平衡態量的變化關系。

【關鍵詞】化學平衡狀態；平衡常數

關于化學平衡狀態的考查，在2016年全國新課標高考大綱化學中要求“了解化學平衡建立的過程。理解化學平衡常數的含義，能夠利用化學平衡常數進行簡單的計算”。在高三復習中，學生往往感覺化學平衡狀態的概念很簡單，而在做題中，題目千變萬化，判斷起來比較困難，計算就更無從談起。下面就筆者的理解來談談對于化學平衡狀態問題的解決技巧與方法。

一、化學平衡狀態的判斷

化學平衡狀態是指在一定條件下，當正逆兩個方向的反應速率相等時，反應體系中所有參加反應的物質的質量或濃度可以保持恒定。這時的狀態也就是在給定條件下，反應達到了“限度”。對于可逆反應體系來說，稱之為化學平衡狀態。從定義可知化學平衡狀態建立的根本原因是正反應和逆反應速率相等，使反應體系中每個物質的消耗速率與生成速率相等，故濃度不再發生變化。所以化學平衡狀態的判斷可以υ正=υ逆為依據或以某物質濃度不變為依據來判斷，或者以濃度商不變來判斷（將某時刻各物質濃度帶入平衡常數表達式計算所得即濃度商）。

例1.在一定條件下，在固定容積的密閉容器中，能表示反應N2（g）+3H2（g）2NH3（g）一定達到化學平衡狀態的是（A、B、C、F）

容器內壓強不隨時間改變

B.c（N2）·c3（H2）=kc2（NH3）（k為常數）

C.生成NH3的生成速率與NH3的消耗速率相等

D.容器內混合氣體的密度不隨時間改變

E.N2、H2、NH3的物質的量之比1：3：2

F.N2的轉化率不變

利用υ正=υ逆，可判斷C對；對于一個反應前后氣體分子數改變的反應，在固定容積的體系中，當反應達到平衡狀態，則每個物質的濃度不再發生變化，由n=cV可推出每個物質的物質的量不再發生變化，N2的轉化率=已反應N2的物質的量/N2總物質的量，故不變，F對；每個物質的物質的量不再發生變化，故反應體系的總物質的量不再發生變化，容器內壓強不變，判斷A正確；平衡狀態的各物質濃度均不變推出濃度商不變，所以B對。

例2.在一定條件下，在固定容積的密閉容器中，能表示反應I2（g）+H2（g）2HI（g）一定達到化學平衡狀態的是（CD）

A容器內壓強不隨時間改變

B.容器內混合氣體的密度不隨時間改變

C.氣體的顏色不變

D.容器內各氣體的物質的量百分含量不再發生變化

這是一個反應前后氣體分子數不變的反應，故無論平衡與否，氣體的總物質的量始終不變，氣體的壓強也不變，A不對；全氣相反應，固定容積的體系，密度始終不變，也不能作為依據，B不對；平衡狀態各組分濃度不變，所以I2（氣）的顏色也不變，C對；平衡狀態各組分物質的量也不再變化，故物質的量分數也不變，D對。

二、平衡狀態的相關計算

平衡狀態相關計算常見有計算平衡濃度、轉化率、利用平衡常數進行相關計算。

例3.硼酸（H3BO3）在食品、醫藥領域應用廣泛。H3BO3溶液中存在如下反應：

H3BO3（aq）+H2O（l）[B（OH）4]-（aq）+H+（aq）已知0.70mol·L-1H3BO3溶液中，上述反應于298K達到平衡時，c平衡（H+）=2.0×10-5mol·L-1，c平衡（H3BO3）≈c起始（H3BO3），水的電離可忽略不計，求此溫度下該反應的平衡常數K（H2O的平衡濃度不列入K的表達式中，計算結果保留兩位有效數字）

解：本題考查平衡常數的表達式

K===

在平衡常數的表達式中，液體和固體濃度均作為1而不列入K的表達式，比如

C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g），平衡常數K=。

平衡常數的表達在高考中是較為重要的考點，也是基礎知識點，必須掌握，這也是解決有關平衡常數的計算的前提條件。

例4.已知反應2CH3OH（g）CH3OCH3（g）

+H2O（g）某溫度下的平衡常數為400。此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質 CH3OH CH3OCH3 H2O

濃度/

（mol·L-1） 0.44 0.6 0.6

①比較此時正、逆反應速率的大小：

v正 v逆（填“>”、“<”或“=”）。

②若加入CH3OH后，經10min反應達到平衡，此時c（CH3OH）= ；該時間內反應速率v（CH3OH）= ；CH3OH的轉化率為 。

解：此題可利用平衡常數K與濃度商Q的相對大小作比較，若Q=K，則為平衡狀態，v正=v逆，若Qv逆，反之，則v正

①K==400，

Q==1.85，Qv逆；

②2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）

2 1 1

△c 0.6mol/L

解得△c=1.2mol/L

起始時刻CH3OH濃度=（0.44+1.2）mol/L=1.64mol/L

2CH3OH（g）CH3OCH3（g）+H2O（g）

c（起始）（mol/L）1.6400

c（轉化）（mol/L）2xxx

c（平衡）（mol/L）1.64-2xxx

K==400

解得x=0.8，所以c（CH3OH）=0.04mol/L

v（CH3OH）=0.16mol/（L·min）

CH3OH轉化率=*100%=97.6%

化學平衡的計算是高考的熱點，往往綜合性強，隱含條件多靈活度大，解題有一定的難度。此類計算可以“三段法”討論始態與平衡態量的變化關系。此法根據可逆反應方程式，列出反應物、產物各物質的起始量、變化量、平衡量，然后依據已知條件，建立方程式而求解，是經典而實用的方法。

參考文獻：

[1]2016全國新課標高考大綱[Z].2016

[2]化學反應原理[Z].人民教育出版社，2007，2月第3版：26