等效平衡的几种典型解题模式的探讨

龙中洪

化学平衡是高中化学的一个重要教学内容，在近十几年来所涉及的各种版本中都得到了充分的体现，延续到目前的新课程改革，在实施的新课标中依旧占据着相当重要的地位和作用，也是历年来高考的重点和热点。等效平衡作为化学平衡中的难点，在一线的教学实践中教师教得困难，学生学得艰难，整体表现在知识点和内容抽象难懂，造成的结果是学生在训练及考试中准确率极低。就如何突破这一难点，让学生便于掌握，并且能够灵活应用，结合多年的高中化学教学经验，我将等效平衡问题归为了几类典型的解题模式进行教学实践，取得了较好教学的效果。

一、准确理解等效平衡的概念

1、概念

在一定的条件（恒温恒容或恒温恒压）下，对同一个可逆反应，无论采取何种途径，即反应无论从正反应方向开始还是从逆方向开始，无论是一次投料还是分步投料，只要最后达到平衡状态是相同的，任何相同组分的含量（质量分数、体积分数、物质的量分数）是相同的，则这样的化学平衡互称为等效平衡。

2、概念的理解：

（1）外界条件相同：可以是①定温、定容，②定温、定压。

（2）相同的平衡状态：通常是指平衡混合物各组分的百分含量（指质量分数、体积分数、物质的量分数）相同，但各组分的物质的量、浓度可能不同。

（3）建立平衡状态的途径：

①可加入反应物，从正反应方向开始，也可加入生成物，从逆反应方向开始；

②可同时加入反应物和生成物，从正、逆反应方向同时开始；

③可以是一次投料，也可以是分步投料。

二、等效平衡的分类和判断方法

1、定温、定容条件下的等效平衡

（1）对于反应前后气体分子数不相等的可逆反应

特点：两次平衡时各组分的体积分数或物质的量分数、各组分的物质的量或物质的量浓度均相同。

判断方法：若改变起始加入情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边任一边物质的物质的量与原平衡完全相同，则二平衡等效。

例题1 在一定温度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：

2SO2+O2 2SO3

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，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，才能保证达到平衡时反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白：

（2）对于反应前后气体分子数不变的可逆反应

特点：两次平衡时各组分百分含量相同，物质的量以及物质的量浓度同比例变化。

判断方法：只要反应物（或生成物）的物质的量的比与原平衡相同，则二平衡等效。

例题2 在一固定容积的密闭容器中充入2molA和1molB，发生反应：2A（气）+B（气） xC（气），达到平衡后，C的体积分数为W%。若维持容器体积和温度不变，按0.6molA、0.3molB和1.4molC为起始物质，达到平衡后，C的体积分数仍为W%，则x值为（ ）

A、1 B、2 C、3 D、4

【解析】若反应前后气体体积不变，则x=3，要保持C的体积分数不变，只需要起始状态的物质的量之比不变，反应物的系数比为 n（A）：n（B）= 2：1，而0.6：0.3 = 2：1，C完全转化成A和B生成的量之比总等于2：1，所以x=3成立。此种情况是等效平衡而不等同。

若反应前后气体体积不相等，要保持C的体积分数不变，两种情况的起始量必须相等，1.4molC必须转化为1.4molA和0.7molB，所以x=2成立。此种情况是等同平衡，也一定等效。本题正确答案为B、C。

2、定温、定压条件下的等效平衡（体积可变或体积不变的反应）

特点：两次平衡时各组分百分含量、物质的量浓度相同，物质的量同比例变化

判断方法：若改变起始加入情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比相同。

【解析】对于一般的可逆反应，在恒温恒压条件下，只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边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。

①因为从题干可知n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，所以①状态下n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1.5：6：1.5a。

②起始状态时，有1mol NH3，则相当于起始时有N2和H2分别为0.5mol和1.5mol，按n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=1：4：a，可得②状态时n（N2）：n（H2）：n（NH3）平衡=0.5：2：0.5a，所以原有N2和H2分别为0和0.5mol。

注意：上述三种情况的等效均指的是平衡混合物中各组分的百分含量保持不变。实际上三种等效是有差别的，定温、定容条件下的等效平衡是绝对等效（包括浓度、密度、平均相对分子质量都相等），而后两种情况则是物质的量存在倍数的关系。

规律总结：对于气体参加的可逆反应，在温度恒定的条件下，涉及体积与压强以及平衡移动有关判断的问题时，可设计一些等效平衡的中间状态来进行求解。这样能降低思维的难度，变难为易、变抽象为直观，使学生在学习的过程中更容易理解、掌握和应用。