平衡轉化率問題分析

湖北 羅功舉

平衡轉化率問題分析是化學平衡知識中的一個重要考點，也是一個較難點，有些學生碰到這類問題常常束手無策，容易出錯。故將其常考題型及解題方法歸類分析如下，以供學習參考。

一、定性比較

方法精要：對于比較抽象性的問題，可以采用模型分析法，即先虛擬一個過渡態(此時平衡不移動，則百分含量、平衡轉化率不變，n、c是否變化看問題類型，是T、V條件時 Δn≠0情況還是T、V條件時Δn=0情況或是T、P條件)，然后看平衡實際移動情況，若n總增大、p總增大(絕熱容器考慮T變化)，則平衡向氣態物質計量數之和減小的方向移動；再結合平衡移動規律，判斷轉化率、n、c的變化。以SO2與O2反應生成SO3為例：

甲甲2 mol SO2+1 mol O22 mol SO2+1 mol O2虛擬(將2個甲壓縮到一個容器中,平衡不移動)→

4 mol SO2+2 mol O2乙

虛擬后，甲、乙(兩容器體積相同)中平衡轉化率相等；但實際上，乙中n總增大、p總增大，平衡正向移動，故乙中的轉化率大于甲中的轉化率。

表1

下列說法正確的是

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A．c1+c2=c3B．α2+α3>1

C．p1+p2

【解析】甲中投入1 mol N2、3 mol H2，乙容器中投入 2 mol NH3，恒溫恒容條件下，甲容器與乙容器是等效平衡，各組分的物質的量、含量、容器內壓強等完全相等，且α1+α2=1；而甲容器投入1 mol N2、3 mol H2，丙容器加入2 mol N2、6 mol H2，丙中加入量是甲中的2倍，如果恒溫且丙容器容積是甲容器2倍，則甲容器與丙容器為等效平衡，所以丙所到達的平衡，可以看作在恒溫且容積是甲容器2倍的條件下，到達平衡后，再壓縮體積為與甲容器體積相等所達到的平衡，由于該反應是體積減小的反應，縮小容器體積，增大了壓強，平衡向正反應方向移動，所以丙中氮氣、氫氣轉化率大于甲，即α3>α1，平衡時丙中的NH3濃度比甲的 2倍還要大。

A項，由分析可知，平衡時c1=c2，而2c1α1，則α2+α3>1，故正確；C項，由分析可知，平衡時p1=p2，而丙中可以看成在恒溫且容積是甲容器2倍條件下，到達平衡后，再壓縮體積為與甲容器體積相等所到達的平衡，由于該反應是體積減小的反應，縮小容器體積，增大了壓強，平衡向正反應方向移動，壓縮體積為甲的體積相等時的瞬間p3=2p1，由于平衡的移動，最終使得p3<2p1，則p1+p2>p3，故錯誤；D項，甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙中投入2 mol NH3，則甲與乙是完全等效的，根據蓋斯定律可知，甲與乙的反應的能量變化之和為92.4 kJ，故a+b=92.4，a和b均小于92.4，但反應正向進行或逆向進行時轉化率不一定為50%，即a不一定等于b，故錯誤。答案為B。

【點評】遇到定性比較問題時，先要尋找或設置一個“比較標準”，再用模型法將其他問題的變化情況展示出來，然后與“比較標準”對照，得出結論。

二、定量計算

方法精要：涉及定量計算問題時，一般用“三段式”法列式、厘清各物質的有關量，再根據反應速率計算式、平衡常數計算式、已知條件等列式求出轉化濃度(Δc)，然后用轉化率計算式進行求算。其計算步驟如下：

1.三段式模式

c(初)(mol·L-1)n1n20 0

2.列式計算

依據有反應速率計算式、平衡常數計算式、已知條件等，列式計算，最后求出轉化濃度(Δc)。

3.求算轉化率

( )

A．5% B．17% C．25% D．33%

起始濃度(mol/L) 1.0 0 0

轉化濃度(mol/L)x0.5x0.5x

平衡濃度(mol/L) 1.0-x0.5x0.5x

【點評】用“三段式”進行計算時，若涉及平衡常數，①起始量、轉化量、平衡量用濃度單位為宜，否則易出現錯誤；②先寫K的表達式，再帶入數據，計算求解。

三、圖象分析

方法精要：分析化學反應速率或化學平衡圖象題時，主要按以下方法進行判斷：

1.看圖象：一看面，即縱、橫坐標的意義，都要與化學原理相聯系，特別是與平衡移動原理相聯系；二看點，即起點、拐點、交點、終點；三看線，即線的走向和變化趨勢；四看輔助線，即等溫線、等壓線、平衡線等；五看量的變化，如濃度變化、溫度變化、轉化率變化、物質的量的變化等。

2.依據圖象信息，利用平衡移動原理，分析可逆反應的特征：吸熱還是放熱(由溫度變化情況推導)，氣體化學計量數增大、減小還是不變(由壓強變化情況推導)，有無固體或純液體參加或生成等。縱坐標為反應速率時，可用三步分析法推導：一看反應速率是增大(外因可能是增大濃度、加壓、升溫、加催化劑)還是減小(外因可能是減小濃度、減壓、降溫)；二看v正、v逆的相對大小，其交點為平衡點；三看化學平衡移動的方向。

3.先拐先平：在化學平衡圖象中，先出現拐點的反應先達到平衡，可能是該反應的溫度高、濃度大、壓強大或使用了催化劑。

4.定一議二：勒夏特列原理只適用于一個條件的改變，所以圖象中有三個變量時，先固定一個量不變，再討論另外兩個量的關系。

( )

圖1

A．溫度T1℃比T2℃高

B．正反應為放熱反應

C．甲圖縱軸可以表示A的轉化率

D．甲圖縱軸可以表示混合氣體平均相對分子質量

【解析】A項，分析乙圖，溫度越高，化學反應速率越快，先達到平衡狀態，所以T1℃比T2℃低，故錯誤；B項，升高溫度，A的百分含量減小了，即升溫平衡正向移動，所以該反應的正方向為吸熱反應，故錯誤；C項，分析甲圖，增大壓強，化學反應速率加快，先達到平衡狀態，所以p2大于p1，加壓，化學平衡逆向移動，A的轉化率減小，所以甲圖縱軸可以表示A的轉化率，故正確；D項，增大壓強，化學平衡逆向移動，氣體總分子數減小，氣體總質量不變，所以混合氣體平均相對分子質量增大，所以甲圖縱軸不能表示混合氣體平均相對分子質量，故錯誤。答案為C。

【點評】分析圖象類問題時，一要弄清楚點、線、面的含義；二要注意將圖象的意義(外因與結果的對應關系)與規律內容相結合；三要靈活選擇方法，如排除法、代入法等。

跟蹤練習：

( )

A．可逆反應的化學方程式中化學計量數：a>b+c

B．壓縮容器的容積時，v正增大，v逆減小

C．達到新平衡時，物質X的轉化率減小

D．達到新平衡時，混合物中Z的質量分數增大

( )

A．平衡后CO的體積分數為40%

B．平衡后CO的轉化率為25%

C．平衡后水的轉化率為50%

D．平衡后混合氣體的平均相對分子質量為24

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圖2

A．p3>p4，Y軸表示A的轉化率

B．p3>p4，Y軸表示B的質量分數

C．p3>p4，Y軸表示B的轉化率

D．p3>p4，Y軸表示混合氣體的平均相對分子質量

【解析】1．A項，將容器的容積壓縮到原來容積的一半，當達到新平衡時，物質Y和Z的濃度均是原來的1.8倍，說明平衡向逆反應方向移動，則應有a

【解析】2．設達到平衡時，反應消耗CO的體積為x。

起始體積： 30 mL 20 mL 0 0

變化體積：xxxx

平衡體積： 30 mL-x20 mL-xxx

由題意知：20 mL-x=x，故x=10 mL