化学平衡：向左还是向右？

颜建河

化学平衡状态的判定是历年高考的重点，在高考复习中，考生需要明确达到化学平衡状态的标志，并能理解化学平衡的判定途径及解题对策。以下为几条判断平衡状态的途径。

途径之一：正反应速率与逆反应速率相等

1.反应体系中，同一反应物或同一生成物的生成速率与消耗速率相等，使这种物质的浓度保持不变，则反应达到化学平衡状态。这是化学平衡的实质。

2.反应体系中，若某反应物的正反应速率与某生成物的逆反应速率之比等于化学方程式的计量数之比，则可以推断该反应物（或生成物）的正、逆反应速率相等，反应达到化学平衡状态。

3.反应体系中，若同一物质的断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等，则反应达到平衡状态。

例1 可逆反应N2+3H22NH3的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明已达到平衡状态的是（）

A. 3v正（N2）=v正（H2）

B. v正（N2）=v逆（NH3）

C. 2v正（H2）=3v逆（NH3）

D.v正（N2）=3v逆（H2）

分析与解答：选项A、D不是针对同一反应物，且反应物与生成物的反应速率不等于化学计量数之比，所以不能说明反应已达平衡，错误；选项B、C可从反应物的正反应速率与生成物的逆反应速率之比等于化学方程式的计量数之比进行判定，即

v正（N2）∶v逆（NH3）=1∶2，v正（H2）∶v逆（NH3）=3∶2，所以选项C正确。

【答案】C

途径之二：反应混合物中各组分的浓度保持不变

当每一种反应物和每一种生成物的物质的量浓度、物质的量、转化率各自保持一定，则反应达到平衡。

例2在一定温度下，可逆反应A（g）+3B（g）2C（g）达到平衡的标志是（ ）

A. C的生成速率与C的分解速率相等

B.单位时间生成n molA，同时生成3n molB

C. A、B、C的浓度不再变化

D. A、B、C的分子数之比为1∶3∶2

分析与解答：选项A，同一种物质的生成速率与分解速率相等，正确；选项B所指的是同一反应方向，且不是针对同一反应物，错误；选项C，A、B、C的浓度不再变化，正确；选项D所指的是同一反应方向，不能作为平衡判定的标志，错误。

【答案】A、C

途径之三：特定类型可逆反应的平衡判定诀窍

1. 对于A（g）+3B（g）2C（g）类型的可逆反应，可从下面四点判定反应是否达到平衡状态：

（1）当体系中的总物质的量不随时间变化时， v正=v逆，则可判定反应达到平衡状态。

（2）恒温恒容时，体系的总压强不发生变化，反应处于平衡状态。

（3）恒温恒压时，体系的总体积不发生变化，反应处于平衡状态。

（4）混合气体的平均摩尔质量不发生变化，反应处于平衡状态。

2. 对于A（g）+B（g）2C（g）类型的可逆反应，无论反应从哪个方向进行，或者已经处于平衡状态，体系中的总物质的量、体系的总压强都不发生变化，但v正不一定等于v逆，这种情况下不能确定反应是否达到平衡状态。

例3某温度下，在容积可变的容器中，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作如下调整，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

分析与解答：在恒温恒压下，当体系物质的量之比不变时，该平衡是不移动的，可排除选项A、B； A、B和C各增加（或减少）1 mol，相当于增大（或减小）反应物B的量，则平衡右移（或左移），选项C正确。

【答案】C

3. 同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件（温度、压强、浓度等）完全相同，则可形成等效平衡。

（1）对于一个可逆反应，只要条件固定，可逆反应无论从正反应还是从逆反应开始，平衡时反应混合物中各组分的浓度保持不变。

（2）若可逆反应是从某种中间状态开始，则可根据化学方程式的化学计量数之比，将生成物的浓度换算成反应物的消耗浓度，推算出反应开始时反应物的浓度。

（3）若两次反应开始时的条件完全相同，则反应可达到同一平衡状态，即平衡时各物质的浓度相同。

（4）对于xA（g）+yB（g）zC（g）+wD（g）（起始量为n molA和m molB）的可逆反应来说，依据“起始量=剩余量+转化量”关系，只要各物质量的关系符合下列等式，反应都可达到与上述平衡相同的状态，即：

①n（A） +n（C）=n；②n（B）+n（D）=m；③n（A）+n（D）=n；④n（B）+n（C）=m。

例4在一个固定体积的密闭容器中加入2 molA和1 molB，发生反应2A（g）+B（g）3C（g）+D（g），达到平衡时，C的浓度为W mol·L-1。若维持容器的体积和温度不变，按下列4种方法改变起始物质，达到平衡后C的浓度仍为W mol·L-1的是（）

A. 4 molA+2 molB

B. 2 molA+1 molB+3 molC+1 molD

C. 3 molC+1 molB+1 molD

D. 3 molC+1 molD

分析与解答：在相同条件下，可逆反应无论从正反应还是逆反应开始，都能达到相同的平衡状态。利用极值法，假设A、B100%转化（其实不可能），生成3 molC和1 molD，由此可知从（2 molA+1 molB）开始反应与从（3 molC+1 molD）开始反应是一样的，即只要满足n（A）+2/3n（C）=2 和n（B）+n（D）=1或n（A）+2n（D）=2 和n（B）+1/3n（C）=1的条件，就符合题意。选项A，从反应物开始转化，相当于增大反应物的浓度，平衡向右移动，不符合题意；选项B，从产物开始转化，相当于增大反应物浓度，平衡向右移动，不符合题意；选项C，从产物开始转化，相当于增大反应物B的浓度，平衡向右移动，不符合题意；选项D，从产物开始转化，与起始反应物投料等效，平衡不移动，D正确。

【答案】D

例5在一定温度下，把2 molSO2和1 molO2通入一个固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，反应处于平衡状态。现维持该容器中温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量，如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达平衡时，反应混合物中的三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。请填写下列空白：

（1）若a=0，b=0，则c=_____。

（2）若a=0.5，则b=_____，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）_________________。

分析与解答：根据化学平衡的特征可知，相同条件下的可逆反应达到平衡状态，从反应物开始或从生成物开始都是相同的。从这一原理出发，假定所加入的各物质都完全反应（用极限转换法，即将反应极端地视为不可逆反应，从而求出某物质的量的极大值或极小值），恢复到反应物的初始状态，再应用“等量代换”的方法得到答案。

根据题意知，原平衡是由2 molSO2和1 molO2开始的，倘若反应从逆反应开始，就需在同样大小的容器加入2 molSO3，因为2 molSO3完全分解将生成2 molSO2和1 molO2，与原来完全相同。从反应材料看，原来容器中是2 molSO2和1 molO2，共有2 molS，6 molO；从逆反应看，2 molSO3中也包含了2molS，6 molO。则有：

（1）若a=0，b=0，则反应从生成物开始，要达到相同的平衡状态，c必须等于2。

（2）若a=0.5，且a∶b=2∶1，则b=0.25 mol， 0.5 molSO2与0.25 molO2完全反应，相当于0.5 molSO3完全分解，则容器中充入SO3的量应为c=（2 mol-0.5 mol）=1.5 mol。

（3）从题给可逆反应及题中条件得出如下转化关系：

2SO2 + O22SO3

起始态物质的量（mol）210

中间态物质的量（mol）abc

变化量（mol）cc/2 c

根据上述关系可知，c molSO3分解，相当于c molSO2、c/2 molO2反应，则有a+c=2；又因a=2b， b+c/2=1，则可得2b+c=2。

【答案】（1）2

（2）0.25 mol1.5 mol

（3）a+c=2，2b+c=2