“一边倒”法判断等效平衡

孟凡盛 黄芷馨

等效平衡：对于同一可逆反应，在一定条件（恒温恒容或恒温恒压）下，以不同投料方式（从正反应、逆反应或中间状态开始）进行反应，达到平衡时相同组分在各混合物中的百分数（体积分数、物质的量分数或质量分数）相等。

化学平衡状态与建立平衡的条件密切相关，而与建立平衡的途径无关。

“一边倒”换算法：通过已配平的化学方程式各物质的化学计量数之比，把起始状态下右边物质的量全部换算为左边物质的量，或把起始状态下左边物质的量全部换算为右边物质的量。

本文给同学们总结等效平衡的类型及其特征，提炼判断依据。

1.恒温恒容“全等等效平衡”

判断依据：有气相物质参加的反应，若不同的起始投入量经“一边倒”法全部换算为反应物或生成物后，量是相同的，则所形成的平衡状态是完全相同的。

平衡特征：平衡后的混合气体中同一气体的质量、体积、物质的量、质量分数、体积分数、物质的量分数、物质的量浓度、压强、反应速率等与反应途径无关的物理量都完全相同；反应放出或吸收的热量、达到平衡所需时间等与反应途径有关的物理量可以不同。

例1 恒温时，反应2SO2（g）+ O2（g）2SO3（g）（ΔH<0）分别在甲、乙、丙、丁、戊五个体积相同的恒容密闭容器中进行，已知反应的起始状态如下表，回答下列问题：

（1）填写上表中的空白，据此可判断 （填编号）一定互为等效平衡。

（2）若x+z =4，y+z/2=2，则丙与 （填编号）互为等效平衡；达到平衡时，这两个容器中SO2的 （尽可能多填物理量）相同。

（3）达到平衡时，甲中SO2的转化率与丁中SO3的转化率的关系是____________。

解析：（1）乙、丁经“左边倒”换算后，SO2和O2的物质的量都分别为2 mol和1 mol，故甲、乙、丁互为等效平衡。（2） 丙经“左边倒”换算后，SO2和O2的物质的量分别为x+z mol和y+z/2 mol，戊经“左边倒”换算后，SO2和O2的物质的量分别为4 mol和2 mol，若x+z =4，y+z/2=2，则丙与戊互为等效平衡。根据恒温恒容“全等等效平衡”的特征知，丙、戊达到平衡后，SO2的质量、体积、物质的量、质量分数、体积分数、物质的量分数、物质的量浓度、压强、反应速率等物理量相同。（3） 转化率是针对反应物而言的，甲中反应向右进行，反应物是SO2和O2，SO2和O2有转化率；乙中反应向左进行，反应物是SO3，SO2和O2没有转化率，只能计算SO3的转化率。当甲、丁达到平衡时，甲中SO2的转化率与丁中SO3的转化率之和为1。

答案：（1）

（2）戊 质量、体积、物质的量、质量分数、体积分数、物质的量分数、物质的量浓度、压强、反应速率

（3） 甲中SO2的转化率与丁中SO3的转化率之和为1

2.恒温恒容“等比等效平衡”

判断依据：反应的△n=0（左右气相物质的化学计量数相同），若不同的起始投入量经“一边倒”全部换算为反应物或生成物后，投料量的比例相同，即可形成等效平衡。

平衡特征：平衡混合气体中同一气体的质量分数、体积分数、物质的量分数等完全相同；平衡混合气体中同一气体的质量、体积、物质的量、物质的量浓度不相同但成比例；容器内混合气体的密度、压强、反应达到平衡所需要的时间等不相同但成比例。

例2 恒温恒容时，反应H2（g）+I2（g）2HI（g）（ΔH=-a kJ/mol）分别在甲、乙、丙、丁、戊等五个体积相等的密闭容器中开始反应，已知反应的起始状态如下表，回答下列问题：

（1）填写上表中的空白，据此可判断（填编号）一定互为等效平衡，达到平衡时HI的相同，（填编号）中c（H2）是（填编号）中c（H2）的2倍。

（2）若甲与丙互为等效平衡，则x、y、z满足的关系是 ；若丙与戊互为等效平衡，则x、y、z满足的关系是。

（3）甲达到平衡时放出的热量______ a kJ （填“>”、“<”或“=”）。

解析：（1）经“一边倒”法换算后，甲、乙、丁三个容器中H2和 I2的物质的量之比都为1∶1，三者互为恒温恒容“等比等效平衡”，达到平衡时HI的质量分数、体积分数或物质的量分数相同。经“一边倒”法换算后，乙中H2和 I2的物质的量是甲中的2倍，所以达到平衡时乙中H2（或I2、HI）的物质的量、质量、物质的量浓度均为甲中H2（或I2、HI）的2倍。（2）由于z molHI分解生成的H2和 I2的物质的量之比总为1∶1，所以只要满足x∶y=1∶1，z≥0，甲与丙就互为等效平衡。经“一边倒”法换算后，丙、戊两个容器中H2和 I2的物质的量之比相等，即（x+z/2）∶（y+z/2）=2∶3时，二者互为等效平衡。（3）由于是可逆反应，甲中实际参加反应的H2和 I2都小于1 mol，所以放出的热量小于a kJ。虽然达到平衡时，甲、乙的状态相同，但从起始到建立平衡的过程中，实际参加反应的H2和 I2的物质的量却不同，故热效应不同。

3.恒温恒压“等比等效平衡”

判断依据：对于任何有气体参加（不管△n≠0还是△n=0）的可逆反应，若不同的起始投入量经“一边倒”法全部换算为反应物或生成物后，投料量的比例相同，即可形成等效平衡。

平衡特征：平衡混合气体中同一气体的质量分数、体积分数、物质的量分数、物质的量浓度都完全相同，混合气体的密度也相同；同一气体的质量、体积、物质的量、总体积等不相同但成比例。

例3 恒温恒压时，反应N2（g）+3H2（g）2NH3（g） （ΔH<0）分别在甲、乙、丙、丁、戊等五个活塞密闭容器中开始反应，已知反应的起始状态如下表，回答下列问题：

（1）填写上表中的空白，据此可判断 （填编号）一定互为等效平衡，达到平衡时NH3的相同， （填编号）中n（H2）是 （填编号）中n（H2）的2倍。

（2）若丁与戊互为等效平衡，则x、y、z、a满足的关系是。

（3）平衡时，五个容器中c2（NH3）/[c（N2）· c 3（H2）]是否相等。

解析：（1） “一边倒”法换算后，甲、乙、丁三个容器中N2和H2的物质的量之比都为1∶4，三者互为恒温恒压“等比等效平衡”，达到平衡时NH3的质量分数、体积分数或物质的量分数相同。甲、乙两个容器可以建立如下模型来加深理解：

乙容器的体积是甲容器体积的2倍，乙中H2的质量和物质的量分别是甲中H2质量和物质的量的2倍。

（2）由于戊中1.2∶3.6 = 1∶3，而z molNH3或a molNH3分解生成的N2与H2的物质的量之比总为1∶3，所以只要满足x∶y=1∶1，z≥0，a≥0，丁、戊则互为恒温恒压等比等效平衡。

（3） 无论是否形成等效平衡，只要温度相同，同一反应的平衡常数就相同。c2（NH3）/[c（N2）· c 3（H2）]是恒温时N2（g）+3H2（g）2NH3（g）的平衡常数表达式，故相等。

答案：（1）

2 8

3 12

x+z/2 y+3z/2

1.2+a/2 3.6+3a/2

甲、乙、丙体积分数（或质量分数、物质的量分数）乙 甲

（2）x∶y=1∶1，z≥0，a≥0

（3）相等