在“變與不變”中尋找化學平衡的“真諦”

陳麗雪

眾所周知，化學平衡是中學化學階段十分重要的基本理論之一，于是“判斷是否達到化學平衡狀”在高中化學知識學習中就顯得特別重要。大多數教師都是從化學平衡狀態的特征入手，簡單歸納出化學平衡狀態的判斷標志：

其一，化學平衡的本質標志，V正=V逆≠0;其二，化學平衡狀態的特征標志，即可以間接判斷可逆反應是否到達化學平衡狀態的標志，如體系中各組分的物質的量濃度或體積分數、物質的量分數保持不變等;其三，化學平衡狀態的特殊標志，即在特定環境、特定反應中，能間接判斷可逆反應是否達到化學平衡狀態的標志。它不是一般的普通規律，而是有條件的特殊規律，它們要在一定條件下才能作為已經達到平衡的依據。如恒溫恒容下，對于有氣體參與（體系中可存在固、液態物質）的反應，得符合反應前后氣體反應物和生成物的計量數不相等這一條件，則反應體系中總壓強不再隨時間變化才能表明反應達到平衡狀態等等。筆者認為如此歸納并不能反應化學平衡狀態建立的本質，而且情況的多樣性不僅會增加學生的記憶量，還容易導致學生將簡單問題復雜化。

所謂化學平衡狀態，就是在一定條件下反應進行到一定程度時，反應體系中同一物質的正向反應速率等于其逆向反應速率，此時反應體系中各物質的濃度、物質的量分數、質量分數、體積分數（有氣體參加的可逆反應）不再改變。這里必須強調“平衡狀態是相對的”，是相對于不平衡狀態而言，它的建立必須經過由不平衡狀態轉變為平衡狀態這一過程。

因此筆者認為能作為化學平衡狀態標志的量，首先是一個變化量，其次要隨反應（時間變化）由變化量（不平衡）轉化為（到）不變量（平衡）這一過程。例如：對于反應mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g），當出現以下情況時，即表明已達到平衡狀態。如：⑴各物質的物質的量（n）或各物質的物質的量濃度（分數）（質量分數）不再變化。⑵各氣體的體積或體積分數不再變化。⑶在單位時間內消耗了mmolA同時生成mmolA，即V正=V逆（對同一物質而言速率相等）。⑷在單位時間內消耗了nmolB同時消耗了pmolC，即V正=V逆（對不同物質而言速率成比例）。⑸若m+n≠p+q，總壓強不再變化。⑹體系顏色不再變化（反應過程中有明顯顏色變化）。⑺體系溫度不再變化（任何反應都伴隨能量變化）等等。

不能作為化學平衡狀態標志的量有兩種情況，一種是不變量，另一種是變化量不能確定經過反應（時間變化）最終變成不變量。例如：對于反應mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g），當出現以下情況時，均無經過“變→不變”過程，則不能表明已達到平衡狀態。如⑴總體積、總壓強、總物質的量不再變化（如反應前后氣體體積不變的反應，即m+n=p+q時）。⑵在單位時間內消耗了mmolA同時生成qmolD（因為均體現正反應方向，無法確定V正=V逆）。⑶v（A）：v（B）：v（C）：v（D）=m：n：p：q（反應過程中任何時刻都滿足，V正不一定等于V逆）⑷Mr、密度不再改變（對于當m+n=p+q，Mr、密度至反應開始一直保持不變）等等。

綜上所述，對于化學平衡狀態標志的判斷，最本質的就是分析“量”是否為變化量，進一步尋找“變→不變”的過程，若滿足，即表明達到平衡狀態。

在具體實踐的過程中，筆者認為可以結合大多數教師現今做法及最本質的判斷，把這部分題型簡單分為兩類，不同類別的題型采用不同的方法，將使這部分知識的解題簡單化，有利于學生進一步理解化學平衡狀態的建立過程。具體分類如下：

第一類：直接涉及速率。

解題技巧：尋找速率（本質）標志——V正=V逆≠0

要點：1.體現正、逆反應兩個方向;

2.對于同一物質而言，變化量（速率）之間比例相等;對于不同物質而言，變化量（速率）之間比例應與化學計量數一致。

簡稱：正逆相等

【解析】A項，等式中直接體現正逆兩個方向，符合第一個條件，由于不同物質之間數值應與方程式的化學計量數之比1：2相一致，即v（O2）正：v（NO）逆=5：4，于是4v（O2）正=5v（NO）逆，故A正確;B項，生成NO與消耗NH3均體現的是可逆反應的正反應方向，不符合第一條件，故錯誤;C項，若增加容器體積，反應物與生成物的濃度同時下降，所以正、逆反應速率隨濃度改變也將減小，故C錯誤;D項，等式中直接體現的均為正反應方向，故錯誤。

【答案】A。

例2.下列說法中，可以證明反應N2（g）+3H2（g）2NH3（g）已達到平衡狀態的是（）

A.1個N≡N鍵斷裂的同時，有3個H—H鍵形成

B.1個N≡N鍵斷裂的同時，有3個H—H鍵斷裂

C.1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N—H鍵斷裂

D.1個N≡N鍵斷裂的同時，有6個N—H鍵形成

【解析】此類題型也屬直接涉及速率題型。A項，N≡N鍵斷裂與H—H鍵形成分別體現正、逆兩個反應方向，符合第一個條件，不同物質之間數值應成比例1：3，所以正確;B項，N≡N鍵斷裂與H—H鍵斷裂均體現的是正反應方向，所以錯誤;C項，N≡N鍵斷裂與那N—H鍵斷裂分別體現正、逆兩個反應方向，符合第一個條件，不同物質之間數值應成比例1：6（其中1個NH3中含有3個N—H），所以正確;D項，N≡N鍵斷裂與N—H鍵形成均體現的是正反應方向，所以錯誤;

【答案】AC。

第二類：涉及其它變化量

解題技巧：尋找“變→不變”過程

簡稱：變量不變

【解析】因為m+n與p+q的關系不確定，故無法確定該反應是否是體積改變的反應，故①不一定是平衡狀態;因容器是“不傳熱的固定容積的密閉容器”，反應過程中，體系中的溫會度隨時間發生變化，則溫度為一變量，故②當溫度不變時說明達到平衡狀態;各組分的濃度和質量分數隨反應進行會隨之改變，是變量，故③④各組分的濃度和質量分數不再改變，反應處于平衡狀態;速率之比等于方程式的化學計量數之比是一規律，不論反應是否達到平衡狀態都存在這一關系，不是變量，不存在變化到不變的過程，故⑤不一定是平衡狀態;“單位時間內mmolA斷鍵反應”表達出正反應方向速率，”同時pmolC也斷鍵反應”表達出逆反應方向速率，且比例一致，故⑥能說明反應已達平衡狀態;⑦此反應的反應物和生成物均為氣體，體系的總質量和總體積始終不變，體系的密度始終不變化，故⑦不能說明反應已達平衡狀態。

【答案】B

例2.[2018浙江4月選考]反應N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H<0，若在恒壓絕熱的容器中發生，下列選項表明一定已達平衡狀態的是

【解析】A.此反應為放熱反應，在絕熱容器中，隨反應進行溫度升高，是一變量，當溫度不再變化，變量從“變→不變”，說明該反應達到平衡狀態，故A正確;B.此反應在恒壓條件下進行，壓強始終不變，非變量不能根據壓強判斷是否為平衡狀態，故B錯誤;C.相同時間內，H-H鍵的斷開和N-H鍵的生成，均表示正反應方向，且“數目相等”不滿足計量數關系，所以無法判斷平衡，故C錯誤;D.容器內氣體的濃度c（N2）：c（H2）：c（NH3）=1：3：2，各組分的濃度是否發生變化無法判斷，就無法判斷平衡狀態，故D錯誤;故選A。

【答案】A