等效平衡思維在化學平衡問題處理中的探究

石志忠

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B 文章編號：1672-1578（2017）10-0024-01

化學平衡是高中化學中的最重要的基礎理論之一。等效平衡思維是將抽象的化學平衡問題簡單化的一種處理方法。盡管教學大綱中并沒有要求學生掌握等效平衡。但這種思維對學生理解化學平衡，思維拓展和能力的提升，都有極其重要的作用。尤其在部分化學平衡試題甚至高考試題中，比較或計算同一可逆反應在不同條件下達到平衡后，各組分的"量"的關系時，學生很難得直接通過具體的數據得出正確的結論。這需要將這種抽象的變化過程通過學生的邏輯思維進行推理，演繹。借助具體的數據、物理模型等使其直觀化。本文結合筆者教學實踐來總結等效平衡解決化學平衡問題的思維方法。

1.理論解析

[思維導航1]一定溫度下，在容積相同的①、②兩個密閉容器中分別放入①1molN2、3molH2和②2molNH3進行反應：N2+3H2 2NH3達平衡后，①中N2的轉化率為90%，試求在相同條件下①②達到平衡后各組分的濃度？對比①、②兩種情況，你能得出什么結論？

解析：由于反應溫度相同，故兩容器中反應的平衡常數互為倒數關系。設①中N2轉化了xmol，②中NH3轉化了ymol。則有：

x=0.9，則①中反應的平衡常數為K=（2x）2（1-x）（3-3x）3=1200

則相同溫度下，②中反應的平衡常數為k=y（3y）2（2-2y）2=11200解得：y=0.9

通過數據的具體對比分析，以上兩種情況到達平衡后完全一樣。容易得出：對于同一個可逆反應，在相同的條件下，不管是從正反應開始，還是從逆反應開始，或從正反應和逆反應同時開始，都可以建立同一平衡狀態。即化學平衡狀態與條件有關，而與建立平衡的途徑無關。

[思維導航2]在某溫度下，在一容積可變的容器中，發生2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）反應，按下列兩種途徑進行反應：

達到平衡后，平衡是否相同？

解析：由于體積可變，故兩種情況下壓強相同。故途徑2氣體體積為途徑1氣體體積的2倍。相當于在體積為V和2V的密閉容器中分別加入2mol2SO2、1molO2和4mol2SO2、2molO2，如圖：用一薄板（厚度忽略不計）將②從中間隔成如圖③、④，易知，①、③、④加入的量相同，V相同，故到達平衡后為同一平衡，各組分的含量相同，百分含量也相同。達平衡后移走隔板，由于兩部分濃度相同，平衡不移動，因此①、②各組分的濃度相同.盡管②中各組分的物質的量為①中的2倍，但各組分的百分含量相同，平衡的效果相同。

像這種在相同條件下，同一可逆反應，不管從正反應開始，還是從逆反應開始，達到平衡時，任何相同物質的百分含量都相同的化學平衡稱為等效平衡。

2.規律解析

例習1、一定溫度下，把0.2molXO2和0.1molO2通入一定體積的密閉容器中，發生反應：2XO2+O2XO3，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。現維持該溫度不變，令a、b、c分別代表初始加入的XO2、O2和XO3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含量仍跟上述平衡時的完全相同。請填寫下列空白：

a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請用含a和c、b和c兩個數學式表示）______，_____。

分析：反應體系為同溫同容，如兩種情況到達平衡后各組分的含量仍跟上述平衡時的完全相同，那么兩種情況為等效平衡關系。故易到：a+c=2b+12c=1

通過以上的對比分析，容易得出規律：在恒溫恒容時，對于氣體分子數可變的可逆反應，將不同的起始狀態，按計量系數把反應物（或生成物）轉化為成生成物（或反應物），幾種不同的途徑下，只要轉化后的各物質的物質的量完全相同，則為平衡等效。

例習2、如果定溫定壓條件下，根據下列關系，試分析：途徑1、2是否為等效平衡？

2XO2（g）+O2（g）2XO3（g）

途徑1起始2mol1mol0

途徑2起始4mol2mol0

利用如上圖的隔板比例物理模型，易知兩種情況為等效平衡。

即：在恒溫恒壓時，對于氣體分子數可變的可逆反應，將不同的起始狀態，按計量系數把反應物（或生成物）轉化為成生成物（或反應物）邊，幾種不同的途徑下，只要轉化后的各物質的物質的量之比相同，則兩平衡等效。

同理易得：在恒溫恒容或恒溫恒壓條件下，對于氣體分子數不變的可逆反應，將不同的起始狀態，按計量系數把反應物（或生成物）轉化為成生成物（或反應物）邊，幾種不同的途徑下，只要轉化后的各物質的物質的量相同或比值相同，則兩者為平衡等效。

綜上所述，在一定條件下，幾組不同的投料方式，達到平衡具有什么樣的關系？其解題的方法就是利用等效平衡思維。等效平衡思維解題的核心在于：根據條件，利用規律，作出判斷。其基本思路是以其中的一種作為參照，先找到其他的投料方式與這種的等效平衡關系，在改變條件進行對比分析。如條件改變后平衡不移動，則兩種情況一定為等效平衡，反之亦然。

參考文獻：

[1] 淺談化學平衡思維模型的建立[J].伊秀鳳.遼寧師專學報（自然科學版）2008年04期

[2] 等效平衡的深度解析與解題技巧[J].王本世. 考試周刊2011年07期endprint