例论等效平衡原理及规律

张树英

摘要：同一可逆反应体系，当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。平衡混合物中各同种物质的含量相同，或者是各同种物质的物质的量相同的平衡状态都是所谓等效平衡。

关键词：等效平衡 规律 典例

中图分类号：G633.8文献标识码：A文章编号：1002—7661（2012）22—0047—02

化学平衡状态是指在一定条件下的可逆返应置，正反应速率与逆反应速率相等，此时反应混合物里各组成成份和含量都保持不变，即前提是V正=V逆。当外界条件一定时，反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，最后都能达到平衡状态。其中平衡混合物中各同种物质的含量相同，或者是各同种物质的物质的量相同的平衡状态都是所谓等效平衡。

一、恒温恒容条件下的等效平衡

Ⅰ类：对于反应前后气体分子数改变的可逆反应，只改变起始时如入物质的物质的量，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成化学平衡方程式同一半边的物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效（等同平衡）。

Ⅱ类：对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡等效（等比例平衡）。

二、恒温恒压条件下的等效平衡

改变起始时加入物质的物质的量，只要按该可逆反应的化学计量数换算成同一半边的物质的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效（等比例平衡）。

判断等效平衡的关键是“各同种物质的含量相同”。这其中的含量，可以是物质的量或物质的量分数、质量分数或体积分数。其次是弄清题设条件，是恒温恒容条件的应用，还是在恒温恒压条件下的应用。

三、等效平衡规律

1.在定温、定容条件下，对于反应前后不等分子的可逆反应，只改变起始时加入物质的物质的量，如通过可逆反应的化学计量系数换算成同一半边物质的物质的量与原平衡相同，则两平衡等效。

2.在定温、定容条件下，对于反应前后气体等分子的可逆反应，只要反应物（或生成物）的物质的量的比值与原平衡相同，两平衡等效。

3.在定温、定压下，改变起始时加入物质的物质的量，无论等分子或不等分子的可逆反应，只要按化学计量数换成同一半边的物质的量之比与原平衡相同，则达平衡后与原平衡等效。

四、等效平衡计算典例

例1：在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：2SO2+O22SO3，当此反应进行到一定程度时，反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中，维持温度不变，含a、b、c分别代表初始加入的S02、O2和S03的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时反应混合物中三种气体的体积分数仍跟上述平衡时的完全相同，请填写下列空白：

（1）若a=0、b=0，则c=___________。

（2）若a=0.5，则b=___________和c=___________。

（3）a、b、c取值必须满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）： ，。

解析：这是一个等温等容条件下不等分子的等效平衡题（等同平衡）。首先，平衡状态的建立与反应途径无关，对于该条件下的反应，初始态是2mol SO2和1mol O2混合物或是2mol纯净的SO3，两者是等同的，最终达到平衡状态完全相同。因此（1）中C=2。而（2）中初始整是从正逆反应同时开始，当a=0.5，则b==0.25，按方程式计量系数换算成一边与0.5mol SO3是等效的，若要与原平衡等效（等同平衡），则还需加入1.5mol SO3。（3）中要求将具体问题抽象为普通规律，首先将生成物通过化学方程式等价转化为反应物（即一边倒），再去建立等同平衡关系。

Cmol S03相当于Cmol SO2+mol02即投入的SO2或SO3转化为一边应与原平衡SO2的量相同，即a+c=2，同理加入的02与SO3完全转化为02的量（倒成一边）之和应与原O2相同，即b+=1。

答案：（1）2，（2）0.25、1.5；（3）a+c=2，b+=1。

例2：在一个盛有催化剂可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行以下反应：N2+3H22NH3。已知加1mol N2和4mol H2时，达到平衡后生成amol NH3。在相同温度、压强下，保持平衡时各组分的体积分数不变，对下列编号①～③的状态，填写表中的空白。

解析：这是一例等温等压下不等分子的等效平衡（等比例平衡），从题干知n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，因为是等温等压，所以只需各物质对应物质的量成比例，即为等效平衡。所以①中1.5：6：NH3（平衡）=1.5：6：1.5a；②起始状态时，有1molNH3，按方程式计量系数换算成N2和H2分别为0.5mol和1.5mol，按1：4：a可得0.5：2：0.5a，故N2和H2原有物质的量应为0和2—1.5=0.5（mol）。③设起始n（NH3）为xmol，则N2和H2总量分别为（m+）mol和（g+）mol，则（m+）：（g+）=1：4，解得x=2（g—4m）。设n（NH3）平衡为ymol，可得4：a=（g+）：y，所以y=（g—3m）a

答案：①1.5a ②0，0.5 ③2（g—4m），（g—3m）a

其它等温等压等分子的类型，如同例2，建立等比例平衡即可。