关于气体的等同平衡

王韬强+张宝珠

由于化学平衡状态与条件有关，而与建立的途径无关，对于仅由气体参加的同一可逆化学反应，从不同的状态开始，只要达到平衡的条件（温度、浓度、压强等）完全相同或部分相同，则可形成不同条件下的等同平衡。等同平衡可分为：全等平衡、等效平衡和相似平衡三种，三种平衡的等同程度依次减小。

一、全等平衡

1.概念：

对于从不同起点起始的反应前后气相物质的化学计量数不相等（ΔVg≠0)的同一可逆化学反应，同温、同体积下分别达到平衡后，平衡混合物中各对应组分的百分含量（或体积分数或浓度）对应相等，这样的平衡互为全等平衡。

2.建立条件：恒温、恒容及反应前后ΔVg≠0。

3.解决办法：原料换算成相同一边物质表示时物质的量对应相等。

4.结果：形成了一模一样的平衡，两次平衡时各组分的百分含量、体积、物质的量、浓度均相同；它体现了化学平衡状态的建立与方向（正向、逆向或双向）无关。

例1 在一定温度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：

2SO2+O22SO3

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SO2,O2,SO3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（请用两方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）。

解析 恒温、恒容下，要使上述两次平衡时各组分的体积分数完全相同有两种情况：一种是二者为全等平衡关系；第二种情况平衡时各组分浓度（或物质的量）成倍数；但成倍数的话相当于把原平衡加压或减压，平衡就会移动那么体积分数就不可能完全相同。也就是说只能是全等平衡。采用折算法得结果。

答案：（1）c=2 (2)b=0.25 c=1.5 

(3)a+c=2 2b+c=2

二、等效平衡

1.概念：从不同起点起始的任何气相物质参加的同一可逆化学反应（反应前后气相物质的化学计量数可相等也可不相等），同温、同压条件下分别达到化学平衡后，平衡混合物中各对应组分的百分含量（或体积分数或浓度）对应相等，这样的平衡叫等效平衡。

2.建立条件：恒温、恒压（体积可变的容器一般都认为是恒压）。

3.解决办法：原料换算成相同一边物质表示时物质的量对应等比例。

4.结果：建立的平衡规模不一样，两次平衡时各组分的百分含量、浓度均相同；体积、物质的量不相等但同比例变化（比值≠1否则就为全等平衡）。

例2 在一定温度下，把2 mol SO2和1 mol O2通入一个容积可变的恒压密闭容器里，发生如下反应：2SO2+O22SO3。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SO2,O2,SO3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。

解析 上述为等效平衡关系，采用折算成比例法：原料一边倒后，对应量与起始量的比值相等

答案：（1）c>0任意值；（2）b=0.25,c≥0任意值；（3）a/b=2,c>0任意值

三、相似平衡

1.概念：对于从不同起点起始的反应前后气相物质的化学计量数相等（Δn（g）=0）同一可逆化学反应，分别达到平衡后，温度相同且平衡混合物中各对应组分的百分含量（物质的量分数或气体的体积分数）对应相等，这样的平衡叫相似平衡。如在恒温恒容下，对于反应前后气体体积不变的可逆反应，原料一边倒后，只要反应物（或生成物）的物质的量之比与原平衡相同，则两平衡为相似平衡。

2.建立条件：恒温、反应前后Δn（g）=0。

3.解决办法：原料换算成相同一边物质表示时物质的量对应成比例。

4.结果：两次平衡中各对应组分的百分含量（物质的量分数或气体的体积分数）对应相等，物质的量、浓度同比例变化。

例3 在一个固定容积的密闭容器中，保持一定的温度进行以下反应：

H2(g)+Br2(g)2HBr(g)

已知加入1 mol H2和2 mol Br2时，达到平衡后生成a mol HBr（见下表已知项），在相同条件下，且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，填写下表中的空白。起始状态时物质的量n(mol)

H2Br2HBr

120平衡时HBr的物质的量n(mol)a

①240

②10.5a

③mg(g≥2m)

解析 在定温、定容下，H2(g)+Br2(g)2HBr(g)建立起化学平衡状态，从化学方程式可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数相等的可逆反应。根据“等价转换”法，通过反应的化学计量数之比原料换算成相同一半边物质表示时物质的量对应成比例，则达到平衡后与原平衡为相似平衡。相当于把原平衡加压或减压平衡不移动。答案：①2a ②0、0.5 ③2(g-2m)、a(g-m)。

(收稿日期： 2014-01-06)