气体平均相对分子质量变化规律

孙思海

在化学平衡问题中，经常遇到气体平均相对分子质量的计算与判断问题，这是化学平衡理解的一个难点，应认真总结，全面掌握。

一、总体思路

要判断气体平均相对分子质量的大小，应首先计算气体平均摩尔质量，可用公式为：M=mn。

二、分类讨论

1.反应物与产物均为气体的可逆反应

该类题目关系简单，反应前后物质均为气体，故反应过程中气体总质量不变，平均相对分子质量仅与物质的量有关。若平衡移动使气体物质的量增加，则平均相对分子质量减小；平衡移动使气体物质的量减小，则平均相对分子质量增大。对反应前后气体物质的量不变的可逆反应，无论平衡如何移动，平均相对分子质量不变。以上规律反之亦成立。

例1在t1℃反应2A（g）B（g）+Q达到平衡时气体平均相对分子质量为M1，t2℃时该反应达到平衡时混合气体平均相对分子质量为M2。当平衡从t1℃升到t2℃时，下列说法正确的是（ ）。

A.若M1>M2，平衡向右移动，Q<0

B.若M1

C.若M1>M2，平衡向左移动，Q>0

D.若M10

解析根据公式M=mn，气体质量m一定，若平衡右移，则n值减小，M增大，若平衡左移，则n值增大，M减小。现在温度由t1℃升到t2℃（t2>t1），Q>0平衡向左移动，M1>M2，答案选C。

例2在一个x L的密闭容器中放入A（g）和z L B（g），在一定条件下发生反应：

3A（g）+B（g）nC（g）+2D（g）

达平衡后，A的浓度减少12，混合气体的平均相对分子质量比原气体增大18，式中n值为（ ）。

A.1 B.2 C.3 D.4

解析 A的浓度减少12，混合气体平均相对分子质量增大18，说明正反应是气体体积减小的反直，则有3+1>n+2，故n<2，所以，n=1。答案A。

规律反应物与产物均为气体的可逆反应，若反应前后气体物质的量相等，无论增大还是减小压强，气体平均相对分子质量不变；若反应前后气体物质的量不等，增大压强，气体平均相对分子质量增大；减小压强，气体平均相对分子质量减小。

2.有固体参加或生成的可逆反应

（1）反应前后仅一种气体，则气体相对分子质量就是该气体式量，故无论平衡如何移动，气体相对分子质量不变。如

CaCO3（s）CaO（s）+CO2（g）

气体只有CO2，气体相对分子质量为44。

（2）一般的有气体参加的可逆反应，则

①若反应是从含固体的一侧开始，则规律较容易。试看下面两个反应：

在反应

PCl5（s）PCl3（g）+Cl2（g）

中，反应开始加入PCl5，反应过程中生成n（PCl3）∶n（Cl2）=1∶1.

故无论化学平衡如何移动，n（PCl3）与n（Cl2）比值总为1∶1。即平均相对分子质量不变，其数值为104.25。

在反应

2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）

中，反应从CO（NH2）2和水开始建立平衡，按极值法，开始时气体相对分子质量为18。全部转化为NH3和CO2时，生成的n（NH3）∶n（CO2）=2∶1，二者M=26。当改变外界条件时，平衡左移，则气体相对分子质量增大；若平衡右移，则气体相对分子质量减小。但无论如何移动，其数值总介于18～26之间。

②若反应从不含固体的一侧开始或不能确定开始时进行的方向，则应进行讨论。以

2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）

为例：反应开始时加入NH3和CO2，设建立平衡时气体相对分子质量为M1，气体的总物质的量为n1 mol。通过改变外界条件（如加压）使平衡右移，达新平衡时气体平均相对分子质量为M2。设平衡移动使CO2减少x mol。则

2NH3（g）+CO2（g）CO（NH2）2（s）+H2O（g）

2 mol1 mol60 g1 mol

x mol60x g

当平衡向右移使CO2减少x mol时，整个反应气体物质的量减少2x mol，于是可得

M2=M1n1-60xn1-2x

=M1（n1-2x）+（2M1x-60x）n1-2x

=M1（n1-2x）+2x（M1-30）n1-2x

=M1+2xn1-2x（M1-30）

根据平衡移动原理可知，2x>0，n1-2x>0。

若M1-30>0，则M2>M1，即当44>M1>30时，平衡右移使气体平均相对分子质量增大。

若M1-30=0，则M1=M2，即当M1=30时，平衡右移，但气体平均相对分子质量不变。

若M1-30<0，则M2

例3在固定容积的密闭容器中，A和B发生下列反应，A（s）+2B（g）2C（g）-Q（Q>0），在一定条件下达到平衡，若升高温度则达平衡后混合气体的（）。

A.平均相对分子质量增大B.密度增大

C.平均相对分子质量减小D.密度减小

解析升温使平衡向右移动，由于固体A的消耗使气体质量增大，混合气体的平均相对分子质量增大，密度增大。答案选AB。

例4一定温度下碳与水蒸气在密闭容器中发生反应，建立化学平衡：

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）-Q

（1）平均混合气体的平均相对分子质量M1的取值范围为>M1>。

（2）若使用CO和H2从逆反应方向在相同温度下建立平衡，则平衡混合气体的平均相对分子质量M1的取值范围为>M1>。

此时若加压，平衡将（填“向左”、“向右”或“不”）移动，设原平衡时混合气体的物质的量为a mol，加压重新达到平衡后，气体比原平衡减少b mol，新平衡混合气体平均相对分子质量M2与M1的关系为M2=（用M1、a、b的代数式表示）。

（3）在（2）建立的平衡中，当

①M2=M1时，M2=，此时反应开始时，所用CO、H2O的物质的量之比=。

②当M1<时，M2

③当M1>时，M2>M1。

（4）由（3）得出结论：从逆反应方向建立平衡时，M2与M1的相对大小主要取决于。

解析（1）反应由碳和水蒸气开始，开始气体只有水，M（H2O）=18，随反应的进行生成CO和H2，二者物质的量相等，平均式量M=15。在建立平衡的过程中，气体相对分子质量逐渐减小，但不能小于15，故15

（2）反应从逆反应方向开始，则M（H2）

加压时可使平衡向左移动，则

C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）减少量

12 g1 mol1 mol1 mol1 mol

12b gb mol

所以M2=aM1-12ba-b

（3）M2=aM1-12ba-b=（aM1-bM1）+（bM1-12b）a-b

=M1+ba-b（M1-12）

①M2=M1时，M1=12，即反应过程中气体平均式量不变，开始时CO与H2平均相对分子质量亦为12，则n（CO）∶n（H2）=5∶8。

②当M1<12时，M2

③当M1>12时，M2>M1。

（4）从逆反应建立平衡时，M2与M1的相对大小主要取决于起始时CO与H2的物质的量之比。（收稿日期：2015-07-15）