从一道高考题看等效平衡

从高考题看等效平衡

玉门市第一中学 王桂红 735211

关键词：等效平衡 恒温恒容 恒温恒压 含量 浓度

摘要：近年来，化学平衡问题在高考中再度升温，而等效平衡成为考察学生综合思维能力的重点内容。但是等效平衡问题由于考察学生的思维能力强，考查方式灵活，一直成为学生学习和复习化学平衡这部分内容最大难点，望而却步。

概念是理解的基石，只有深入的理解概念的内涵和外延，才能在解题中触类旁通，游刃有余。

1.等效平衡的涵义

对于一个给定的可逆反应，如果其他条件不变，不论采取何种途径，即反应是从反应物开始，还是从生成物开始，是一次投料还是分多次投料最后都可建立同一化学平衡状态，此时平衡混合物中各物质的百分含量相等，形成等效平衡。等效平衡是可逆反应达到的一种特殊的平衡状态，它的建立与化学反应的途径无关。

在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压），对同一可逆反应，只是起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的百分含量相同，这样的平衡称为等效平衡。但压强，物质的量，浓度，质量等未必相同。 2．高考题剖析

例1.(2010年江苏)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下（已知N2(g)?3H2??2NH3(g) ⊿H=-92.4kJ·mol）

-1

下列说法正确的是

A. 2c1?c2 B. a?b?92.4 C. 2p2?p3 D. ?1??3?1

解析:该题是化学平衡考察的有关问题中,难度较大的题目,既涉及化学平衡中的有关问题,同时也涉及化学平衡中等效平衡的问题.我们可以通过等效平衡的有关思想及模型解决以上问题.首先甲中加入反应物平衡正向建立.而乙中加入氨气平衡逆向建立,如果用极端假设法,假设2mol氨气完全反应，可以生成1mol氮气和3mol氢气。在等温等容条件下，不管投入反应物还是生成物，只要利用化学方程式的系数折算成同一边的物质时，相同物质的量完全相同即为等效平衡（反应前后气体体积有变化的反应）.因此甲,乙容器中建立的平衡属于等效平衡，甲,乙容器中平衡混合物中各相同物质的百分含量相等,物质的量浓度相同。所以c1=c2.而丙容器我们可以借助中间状态，构建等效平衡思想。

等效平衡是与化学平衡的移动紧密相连的。对于恒温恒容的变化，可以理解为将两个完全相同的平衡体系简单叠加后，再压缩为一份的体积；所以达到平衡后各物质的量是否相同还需考虑反应前后气体体积的变化情况。对于丙,我们可以看成在容器的体积为乙的2倍的容器中,充入4mol 的氨气，此时的状态与乙为等效平衡，容器中的压强为乙中的2倍。然后为了保持乙，丙容器的容积一样，压缩容器，压强增大，平衡向正方向移动，此时丙中的

压强比乙中压强的2倍要小，即p3<2p2.所以项错误。 对于B选项我们可以通过计算来确定。 甲中： N2 + 3H2

2NH3

开始的物质的量（mol): 1 3 0 转化的物质的量： x 3x 2x 平衡的物质的量： 1-x 3-3x 2x 反应物N2的转化率为：ɑ1=x 该反应放出的热量为：a=92.4xKJ 丙中： N2 + 3H2

2NH3

开始的物质的量（mol): 0 0 2 转化的物质的量： y 3y 2y

平衡的物质的量： y 3y 2-2y 反应物NH3的转化率为：ɑ2=y 该反应吸收的热量为：b=92.4yKJ

因为甲乙互为等效平衡，达平衡时各物质的浓度相同，则有1-x=y. 所以有：ɑ1+ɑ2=x+y=x+1-x=1. 而 ɑ3< ɑ2, ɑ1+ɑ3<1，故D项正确。 a+b=92.4x+92.4y=92.4(x+y)=92.4(x+1-x)=92.4KJ,故B项正确。

如果乙，丙两容器所处的条件都是等温等压，可以理解为将两个完全相同的乙平衡体系仅仅简单叠加，而不在进行压缩，只要按化学计量数换算成同一边的物质的量与原投料量成比例，则二者等效。所以同一起始状况时，只要各物质的量浓度相等或成相同倍数时，达到平衡后，各物质的量分数也一定相同，而无须考虑反应前后气体体积的变化情况。这时乙与丙也互为等效平衡。 3.等效平衡的判断方法

任何状态的体系，都用“极端状态”来比较，只要能转化为相同的“极端状态”，就一定是等效平衡。把不同的起始状态，通过化学方程式中的计量数，换算成同一边物质（反应物一边或生成物一边），如果各反应物或生成物的物质的量完全相等或比值相等时，根据所给条件判断是否为等效平衡。

4．等效平衡模型问题及其解题思路

在化学平衡中经常会遇到对已达平衡的某反应继续投入一定量的反应物或生成物，再次达到平衡后求其压强、转化率、浓度等与第一次平衡时的比较。一般解题思路先根据条件，判断二者是不是等效平衡，如果是可以确定各组分的含量相等。如果不确定是等效平衡，就在这两次反应中建立一个中间状态，此中间状态和第一次反应达到的平衡为等效平衡，和第二次反应之间有明确的移动关系和相关量的变化，可通过中间状态的移动来判断改变条件后的移动方向和相关量的变化。

（1） 确定是等效平衡，利用相同物质的投料比

例2.在一固定的密闭容器中，保持温度一定条件下进行以下反应，X(g)+2Y(g) 已知加入1molX和3molY，达到平衡后，生成amolZ.

3Z(g)

(1)相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molX和6molY，达到平衡后，Z的物质的量为 。

（2）在相同实验条件下，若在同一容器中改加2molX和8molY，若要求在反应混合气体中Z的体积分数不变，则还需加入Z mol. (3) 在相同实验条件下，若在同一容器中改加0.5molX，则需要加入 molY, molZ,才能使平衡时Z为0.9mol。

【解析】此题从题意中得知条件是恒温恒容，而该可逆反应的特点是反应前后气体分子数不变的反应。只要按化学计量数换算成同一边的物质的量与原投料量成比例，则二者等效。因此本题是等效平衡。

（1）根据加入的量是题设中相同物质量的2倍，所以达平衡后Z的量为2amol. （2）还需加入Z的物质的量为nmol。利用极限法将nmolZ逆向折算法处理如下：

X(g) + 2Y(g)

3Z(g)

开始：（mol） 2 8 n 变化：（mol） n/3 2n/3 n 最后：（mol） 2+n/3 8+2n/3 0 因此有（2+n/3）：（8+2n/3）=1:3成立，解得n=6

（3）使平衡时Z为0.9mol，那么，用以极限法折算后X的物质的量应为0.9mol，Y的物质的量应为2.7mol.

设需加入Y的物质的量为ymol需加入Z的物质的量为zmol。

X(g) + 2Y(g)

3Z(g)

开始：（mol） 0.5 y z 变化：（mol） z/3 2z/3 z 最后：（mol） 0.5+z/3 y+2z/3 0 因此有（0.5+z/3）=0.9 （y+2z/3）=2.7 解得: y=1.2 z=1.9

因此还需加入1.2 molY， 1.9 mol Z。 （2）不确定是等效平衡，找中间状态

例3.一定温度下，将2mol PCl3和 1mol Cl2充入容积不变的密闭容器中，在一定条件下反应：PCl3（g）+Cl2（g） PCl5（g）。达平衡后，PCl5为0.4mol。若此时再移走1mol PCl3 和0.5mol Cl2，相同温度下达到平衡，PCl5的物质的量为 A.0.4mol B.0.2mol C.0.2

对原平衡移走1mol PCl3 和0.5mol Cl2，相当于起始投料量减为原投料量的一半，若平衡不移动，PCl5的物质的量应为0.2mol。但移走反应物即减小物质的量，相当于减小浓度（减压）或增大容积，平衡向增大压强的方向进行，所以平衡左移，PCl5消耗更多，其平衡物质的量<0.2mol。

综上所述，等效平衡问题的解答，关键在于判断题设条件是否是等效平衡状态，如果是等效平衡，就要判断是哪种等效平衡，如果不属于等效平衡，能否借助中间状态利用等效平衡的思想来解决问题。要对以上问题进行准确的判断，就需牢牢把握概念的实质，认真辨析。明确了各种条件下等效平衡的条件，把不同的起始状态，通过化学方程式中的计量数，利用极限法换算，不同情况具体分析，等效平衡问题就能迎刃而解。

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