四法巧解化学平衡

化学平衡，考什么？

化学平衡是高中化学的重点、难点，更是高考的热点，但考查难度在降低，综合性增强。

新高考对化学平衡的考查有四大新趋向：

（1）化学平衡原理。

①通常根据气体密度、某组分转化率、某组分浓度、混合气体颜色、物质反应速率之比等判断可逆反应在一定条件下是否达到平衡状态。

②有关浓度、转化率、物质的量、相对分子质量的简单计算。

③改变条件，判断化学平衡移动方向。

④化学平衡常数表达式的书写与计算。

（2）用化学平衡原理和反应速率解决实际化工问题，从化学反应速率和化学平衡角度分析化工生产条件的选择。如用化学平衡原理解释自然界的矿物、岩石的成因和变化。

（3）绘制化学反应速率图像，如温度、压强、催化剂、反应物浓度与反应速率的关系图。注意由一次平衡向多次平衡拓展。

（4）新课标卷将化学平衡、电化学、电解质溶液、热化学等融合起来考查。平衡常数的运用是新课标高考命题的热点之一。

（5）基本的解题计算方法，如一边倒法、三态法、构造法等。

一、一边倒法

一边倒法又称为进退法，是一个虚拟的过程，即在坚持可逆反应各物质“不为0”原则的基础上，假设反应物完全变成生成物，或生成物完全变成反应物，全部倒向一边。这种方法主要用于“可逆反应”中反应物、产物浓度范围的判断，不能得出具体值。

使用步骤：

第一步：将全部反应物（或其中一种反应物）完全转化成产物，得出产物浓度的最大值、反应物浓度的最小值。

第二步：将全部产物（或其中一种产物）完全转化成反应物，得到反应物浓度的最大值、产物浓度的最小值。

第三步：确定反应物和产物的范围。可逆反应中，任何一种物质的浓度应介于最大值和最小值之间。

注意：①如果两种反应物不能全部转化成生成物（或生成物不能全部转化成反应物），应选择量较少的物质转化。

②当一种产物完全转化为反应物时，反应物的量最大；当一种反应物全部转化成产物时，剩余反应物的量最小。根据平均值原理，反应物的浓度应介于最大值与最小值之间。

例1 在密闭容器中进行如下反应：X（g）+Y（g） 2 Z（g）。已知X、Y、Z的起始浓度分别为 0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L，在一定条件下，当反应达到平衡时，各物质的浓度有可能是（ ）

A. Z为0.3 mol/L B. Y为0.35 mol/L

C. X为0.2 mol/L D. Z为0.4 mol/L

解析:

X + Y 2Z

始态（mol/L）： 0.1 0.3 0.2

完全倒向右边（mol/L）： 0 0.2 0.4

完全倒向左边（mol/L）： 0.2 0.4 0

根据平均值原理，实际反应的任意时刻：0＜ c（X）＜0.2 mol/L， 0.2 mol/L＜c （Y）＜0.4 mol/L，0＜c （Z）＜0.4 mol/L。

Z不可能为0 mol/L，所以X不可能为0.2 mol/L，C错误；X也不可能为0 mol/L，所以Z不可能为0.4 mol/L，D错误； Y＜0.4 mol/L， Z＜0.4 mol/L，所以A、B正确。

答案：A、B

二、三态法

对于可逆反应，从起始状态到化学平衡状态要经过起始、变化、平衡这三种状态，根据这三种状态列出反应物（或生成物）的量（物质的量或浓度），写出关系式，即可迅速解答化学平衡计算题，这种方法称为三态法。

“三态法”适用于所有可逆反应的相关计算，其使用步骤是：

（1）先写可逆反应方程式，明确题目中的条件，如起始投料物质的量、浓度等。

（2）列出起始量、变化量（或转化量）、某时间的量（或平衡量）。

（3）最后根据题目条件，将平衡量或转化量与平均相对分子质量、密度、某成分浓度、某成分的转化率等联系起来，列方程求解。

解答这类计算题的一般模式如下：

已知反应mA（g）+nB（g） pC（g）+qD（g），令A、B起始的物质的量分别为a mol、b mol，达到平衡后，A的物质的量变了mx mol。

列式：

m A（g） + n B（g） p C（g） + q D（g）

起始量（mol）： a b 0 0

变化量（mol）：mx nx px qx

平衡量（mol）：a－mx b－nx px qx

关系式：

对于反应物：n（平）＝ n（始）－ n（变）；

对于生成物：n（平）＝ n（始）+ n（变）。

注意：可运用PV＝nRT，确定物理量间的变化关系。

例2 已知可逆反应：M（g）+N（g） P（g）+ Q（g）；△H ＞0。请回答下列问题：

（1）在某温度下，反应物的起始浓度分别为： c（M） ＝1 mol·L－1， c（N）＝2.4 mol·L－1。达到平衡后，M的转化率为60%，此时N的转化率为 。

（2）若反应温度升高，M的转化率 （填“增大”、“减小”或“不变”）。

（3）若反应温度不变，反应物的起始浓度分别为：c（M）＝4 mol·L－1， c（N）＝a mol·L－1。达到平衡后，c（P）＝2 mol·L－1，a ＝ 。

（4）若反应温度不变，反应物的起始浓度为： c（M）＝c（N）＝b mol·L－1，达到平衡后，M的转化率为 。

解析：（1）本题考查化学平衡转化率的计算和平衡移动原理等知识，三处用到了三态法。

M（g） + N（g） P（g） + Q（g）

起始浓度（mol·L－1）： 1 2.4 0 0

浓度变化（mol·L－1）： 0.6 0.6 0.6 0.6

平衡浓度（mol·L－1）： 0.4 1.8 0.6 0.6

（N）＝ ×100%＝25%。

（2）该可逆反应正反应为吸热反应，升高温度平衡向吸热反应方向进行，所以M的转化率增大。

（3）温度不变，平衡常数不变，根据（1）可以求出平衡常数。

M（g） + N（g） P（g） + Q（g）

起始浓度（mol·L－1）： 4 a 0 0

浓度变化（mol·L－1）： 2 2 2 2

平衡浓度（mol·L－1）： 2 a－2 2 2

， 。

（4）温度不变，平衡常数仍为0.5。

M（g） + N（g） P（g） + Q（g）

起始浓度（mol·L－1）： b b 0 0

浓度变化（mol·L－1）：

平衡浓度（mol·L－1）：

解得， α＝41%。

答案：（1）25% （2）增大 （3）6 （4）41%

三、构造法

构造法就是利用“等价”“替代”“假想”“隔离”等思维方式，将难直接解答的问题构造为另一类“等价”的较易解决的问题。对于有些等效平衡的题目，先构造一个定温定压条件下的等效模型，再将它们合二为一，根据压强的变化判断化学平衡的移动方向，可以简单快速地解决问题。

构造法适用于可逆反应中改变一个条件时，比较改变条件前后某物质浓度的变化、转化率等。

构造假想模型的方法是：

第一步：列出可逆反应体系涉及的条件（温度、压强、浓度等），判断哪些物理量不变，哪些发生变化。

第二步：将变化后的体系设计成与起始体系中物质浓度完全相同的假想体系。

第三步：根据平衡移动原理，分析由“假想模型”转化为“终态反应模型”的条件，并判断平衡移动方向以及对物理量（浓度、转化率等）的影响。

注意：设计的假想模型与原始模型必须具有可比性，即只有可逆反应相同，起始投入物质的浓度（不是物质的量）完全相等的体系才能称为等效体系。

例3 在一真空密闭容器中盛有n molPCl5，在200℃时发生如下反应：PCl5（g） PCl3（g）+ Cl2（g）。

反应达到平衡时，PCl3（g）所占的体积分数为M%。若在同一温度下，同一容器中，最初投入的是2n mol PCl5，反应达平衡时，PCl3（g）的体积分数为N %，则M和N 的关系是（ ）

A. M＞N B. N＞M C.M＝N D.无法比较

解析：构造等效模型分析可速解。

答案：A

四、三句话巧记巧解等效平衡

什么是等效平衡？

（1）定温定容条件下，各物质起始物质的量相同（或用一边倒法换算后相同），则等效。

（2）定温定容条件下，系数相等时，物质的量成比例则等效。如定温定容条件下，对于aA（g）+bB（g） （a+b）C（g）的反应，左边系数之和等于右边系数之和，则只要物质的量成比例（含相同）则等效。又如：

H2（g）+I2（g） 2HI（g）

起始投料1（mol）： 1 1 0

起始投料2（mol）： 4 4 0

起始投料3（mol）： 0.5 0.5 0

将投料2容器扩大至投料1容器的四倍，将投料3容器压缩至投料1容器的一半，三种情况的起始投料浓度相等，但是，在体积变化过程中，平衡不移动，三情况达到等效平衡。

（3）定温定压条件下，物质的量成比例则等效。或者说某组成的浓度恒定则等效。 如：

N2（g）+ 3H2（g） 2NH3（g）

起始1（mol）： 1 3 0

起始2（mol）： 2 6 0

起始3（mol）： 0.5 1.5 0

三种情况下，平衡时氮气的物质的量与起始投入氮气的物质的量成正比，氮气的转化率相等；也可以说三种投料中同一种物质的浓度相等，能达到同一平衡状态。

等效平衡用于比较同一可逆反应在不同条件的不同投料形式下，达到新平衡时某组分的百分含量。

运用等效平衡的步骤：

第一步：看。看反应物和产物的状态、气体分子数大小（注意：固态物质不影响平衡移动），区分等气体分子数反应和不等气体分子数反应。

第二步：挖。挖掘题目设置的条件，找出是“等温等压”还是“等温等容”。

第三步：想。想等效平衡的判断依据。

第四步：定。根据“依据”，运用等效平衡原理解决实际问题。如列式计算或判断。

注意： “等效”指某成分的体积分数或物质的量分数相等，而不是浓度、物质的量相等。

例4 某温度下，有一容积可变的容器中，反应2A（g）+B（g） 2C（g）达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4 mol、2 mol和4 mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是（ ）

A.均减半 B.均加倍

C.均增加1 mol D.均减少1 mol

解析：根据题意和“定温定压条件下，物质的量成比例则等效”构建和已知条件为等效平衡的四组平衡状态如下表：

A与I相同，B与Ⅱ相同，均和已知条件为等效平衡，平衡不移动；C项为在Ⅲ条件下B的物质的量再增加0.5 mol，平衡右移，C项正确；D项为在Ⅳ条件下B再减少0.5 mol，平衡左移，不合题意。

答案：C