化學反應平衡中的轉化率變化

王彥偉

化學反應平衡體系中物質的轉化率是歷年來高考的重點和難點。在長期的教學教學中，我發現大多數資料或參考書中對轉化率問題的總結都不夠全面，有些甚至是錯誤的認知。這是導致教師和學生不能正確、全面地認知化學反應平衡體系中物質轉化率問題的主要原因。

在化學反應平衡體系中物質轉化率的學習中，有一個非常關鍵的問題是大部分學生沒有認識到位的。這個問題可以在下面的題目中得到認識和理解。

假設可逆反應aM（g）+bN（g）=cP（g）+dQ（g）（a+b《c+d）在恒溫恒壓的條件下反應達到平衡，保持溫度和壓強不變，向上述反應后的平衡體系中再充人一定量的氣體N，則M的轉化率如何變化？

很多同學看完題目，馬上會想到關于轉化率的一個結論：對于有多種反應物的可逆反應，增大一種反應物的量，平衡正移，此反應物的轉化率降低，其他反應物的轉化率增大。由此得出M轉化率增大的結論。但正確的結論是：M轉化率的變化此時無法判斷。而無法判斷的原因是不能判定此時平衡的移動方向。也就是說：并不是任何情況下加入反應物，平衡都一定向正反應方向移動。

其實，可逆反應平衡移動的方向和物質的轉化率有著密切的關系，但必須注意反應條件的不同。

一、如果可逆反應的條件是恒溫恒容，有如下結論：

（一）溫度和壓強引起平衡向正反應方向移動時，所有反應物的轉化率必然增大。

（二）改變反應物的用量引起的平衡移動有下列幾種情況：1.若反應物只有一種。如aA（g）+bB（g）=cC（g），增加A的量即為增大了反應物的濃度，平衡向正反應方向移動。反應物A.的轉化率與反應方程式中氣體物質的化學計量數有關：

若a=b+e，測A的轉化率不變;

若a》b+e，測A的轉化率增大;

若a《b+c，測A的轉化率減小。

2.若反應物不只一種，如aA（g）+bB（g）=cC（g）+dD（g）①若只增加A的量，A的濃度增大，平衡向正反應方向移動，A的轉化率減小，其余反應物的轉化率增大。

②若按原比列同倍數增加反應物A和B的量，A和B的濃度增大，平衡向正反應方向移動。而反應物的轉化率同樣也與反應方程式中氣體物質的化學計量數有關

若a+b=c+d，測A、B的轉化率不變;

若a+b《e+d，測A、B的轉化率減小;

若a+b》c+d，測A、B的轉化率增大。

③若不同原比例增加A.B的量。此時，那個反應物的比例大就可認為只增加了這個物質。最終是這個反應物的轉化率降低，其余反應物的轉化率增大。

二、如果可逆反應的條件是恒溫恒壓，就不能用以上恒溫恒容的結論來判斷平衡移動的方向和物質轉化率的變化。

例如：恒溫恒壓條件下可逆反應M（g）+bN（g）=cP（g）+dQ（g）達到平衡。此時若充人N，必然導致體系的體積增大和其余物質（M、P、Q）的濃度減小。這種情況下平衡的移動方向，只有用現在各物質的濃度商（Q）和該反應在此溫度下的化學平衡常數（K）進行比較才能得出平衡移動的方向，進而得出M的轉化率是如何變化。

若Q=K，平衡不移動，N的轉化率減小，M的轉化率不變;

若Q《K，平衡不移動，M的轉化率增大;

若Q》K，平衡不移動，M的轉化率減小。

下面的三個典型例題對理解在恒溫恒壓和恒溫恒容條件下可逆反應平衡的移動和反應物轉化率的變化有很大幫助。

例1：使用甲醇汽油能減少汽車尾氣對環境的危害，某化工廠用水煤氣為原料合成甲醇。恒溫條件下，在體積可變的密閉容器中發生可逆反應CO（g）+2H2（g）=CH，OH（g），達到平衡時，測得CO、H2、CH3OH的物質的量都為1mol，容器的體積為3L。現向容器中繼續通人3molCO，此時平衡如何移動？H2的轉化率如何變化？

解析：題目的條件是恒溫恒壓，所以在充人CO后容器的體積會增大，不能經驗性地得出平衡正向移動。應該用此時的濃度商Q和反應的平衡常數K進行比較。

平衡時：e（CO）=1/3mol/L，c（H2）=1/3mol/L，e（CH3OH）=1/3mol/L，計算可得平衡常數K=9。

平衡后再通人3molCO，此時氣體共有6mol。根據恒溫恒壓條件下氣體的體積比等于氣體的物質的量之比，可得容器的體積變為6L。此時：c（CO）=2/3mol/L，c（H2）=1/6mol/L，c（CH，OH）=1/6mol/L，計算可得濃度商Q=9。

因為Q=K，可得平衡后再通人3molCO體系仍然是平衡狀態。既平衡不發生移動，H2的轉化率也不變。

例2：對于以下三個反應，從反應開始進行到達到平衡后，保持溫度和體積不變，按要求回答下列問題。

（1）PCls（g）=PCl3（g）+Cl2（g）

平衡時再充人PCls（g），平衡向方向移動，再次平衡后，PCls（g）的轉化率

（2）2HI（g）#2（g）+H2（g）

平衡時再充人HI（g），平衡向___方向移動，再次平衡后，HI（g）的轉化率

（3）2NO2（g）=N2O4（g）

平衡時再充人NO2（g），平衡向_____方向移動，再次平衡后，NO2（g）的轉化率

（4）I2（g）+H2（g）=2HI（g）

平衡時再充人I2（g），平衡向______方向移動，再次平衡后，h（g）的轉化率

解析：（1）這是一個正反應方向氣體增多的可逆反應。按照上面的結論：恒溫恒容條件下，對于只有一個反應物的可逆反應，增加反應物的量，平衡向正反應方向移動。又因為正反應方向是氣體增多的反應，所以PCls的轉化率降低。

（2）這是一個方程式前后氣體相等的可逆反應。按照上面的結論：恒溫恒容條件下，對于只有一個反應物的可逆反應。增加反應物的量，平衡向正反應方向移動。又因為方程式前后氣體相等，所以PCls的轉化率不變。

（3）這是一個正反應方向氣體減少的可逆反應。按照上面的結論：恒溫恒容條件下，對于只有一個反應物的可逆反應，增加反應物的量，平衡向正反應方向移動。又因為正反應方向是氣體減少的反應，所以PCls的轉化率增大。

（4）按照上面的結論：恒溫恒容條件下對有多個反應物的可逆反應，若只增加一種反應物的量，此種反應物的濃度增大，平衡向正反應方向移動。但此種反應物的轉化率減小，其余反應物的轉化率增大。所以，此時I2的轉化率減小。