“虛擬模型”在復雜平衡問題中的應用

楊素芬

化學平衡是高中化學的重要理論之一，也是高考的重點和熱點。關于新舊平衡之間物質的轉化率、百分含量、物質的量濃度等大小比較是教學的難點。這類問題對考生的思維能力要求較高，很多時候學生無所適從，如果采用“虛擬模型”可以化繁為簡，輕松地解決這類問題。

“虛擬模型”指虛擬一個與舊平衡等效的中間平衡狀態，然后通過壓縮或擴大體積變為新平衡，進而通過比較虛擬平衡和新平衡中某些量的關系得出答案。

【例1】在一定溫度下，向一恒容的密閉容器中充入1 mol NO2發生如下反應：2NO2？葑N2O4，達到平衡后NO2的轉化率為a%。若再向容器中充入1mol NO2，達到平衡后NO2的轉化率為b%，則a???? b（填“>”“<”“=”）。

解析：如圖1，對比甲乙兩個平衡可知，再充入1mol NO2，平衡正向移動，已轉化的NO2的物質的量增大，但NO2的總物質的量也增大，所以NO2的轉化率如何變化難以確定。

如果利用虛擬平衡模型則可以容易判斷。虛擬乙平衡和甲平衡為相似平衡，NO2的轉化率、各組分的百分含量、濃度相同，但物質的量等比例變化。而乙平衡是在虛擬乙平衡的基礎上將容器容積壓縮為原來的1/2（即增大壓強），使平衡正向移動，則達到平衡后NO2的轉化率增大，即a

【例2】相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分別進行合成氨反應。下列敘述中錯誤的是（??? ）

A. 化學反應速率：乙>甲

B. 平衡后N2的濃度：乙>甲

C. H2的平衡轉化率：乙>甲

D. 平衡混合氣體中H2的體積分數：乙>甲

解析：相同溫度下，體積相同乙容器中各物質的起始濃度為甲容易的2倍，依據速率和平衡知識容易判斷選項A、B均正確。

對于選項C、D，依據虛擬平衡模型能快速判斷。如圖2所示。虛擬乙平衡與甲平衡為相似平衡，N2、H2的平衡轉化率、百分含量、濃度相同，虛擬乙平衡中各組分物質的量為甲平衡的2倍。

從虛擬乙平衡變為乙平衡，壓縮容器為原來的1/2，即增大壓強，平衡正向移動，則平衡時，N2、H2的轉化率增大，在混合氣體中的體積分數減小。所以選項D錯誤。乙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3濃度大，但乙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，而乙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，

【同題異構1】某溫度下，體積一定的密閉容器中進行反應：N2（g）+3H2（g）？葑2NH3（g）ΔH<0。下列分析正確的是（??? ）

A. 平衡后，加入催化劑，該反應的ΔH不變

B. 欲提高H2的轉化率，向容器中按原比例再充入N2和H2

C. 平衡后，充入NH3，新平衡時，NH3的百分含量變大

D. 若反應前充入的N2與H2物質的量相等，達平衡時N2的轉化率比H2的高

解析：對于B和C選項，可以通過虛擬模型解決。向容器中按原比例再充入N2和H2，類似例題2，即增大壓強，平衡正向移動，則平衡時，H2的轉化率增大。其他條件不變，平衡后再充入NH3，相當于增大壓強，平衡正向移動，達到平衡時，NH3百分含量增大，故C項正確;

【同題異構2】還原法煉鉛，包含反應PbO（s）+CO（g）=Pb（s）+CO2（g），在恒容密閉容器中放入PbO并通入CO，達平衡時，若向容器中充入一定量的CO氣體后，平衡發生移動，再次達到平衡時，CO的百分含量______（填“增大”“減小”或“不變”）。

解析：若向容器中充入一定量的CO氣體后，通過虛擬模型分析，相當于在虛擬平衡的基礎上加壓，而反應的氣體分子數不變，所以再次達到平衡時，CO的百分含量不變。

總之，“虛擬模型”是通過虛擬一個與舊平衡相似的平衡，變化思維角度，使復雜問題簡單化，從而快速解決問題的思維方法。

責任編輯 李平安