等效平衡思维在化学平衡问题处理中的探究

石志忠

中图分类号：G633.8 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2017）10-0024-01

化学平衡是高中化学中的最重要的基础理论之一。等效平衡思维是将抽象的化学平衡问题简单化的一种处理方法。尽管教学大纲中并没有要求学生掌握等效平衡。但这种思维对学生理解化学平衡，思维拓展和能力的提升，都有极其重要的作用。尤其在部分化学平衡试题甚至高考试题中，比较或计算同一可逆反应在不同条件下达到平衡后，各组分的"量"的关系时，学生很难得直接通过具体的数据得出正确的结论。这需要将这种抽象的变化过程通过学生的逻辑思维进行推理，演绎。借助具体的数据、物理模型等使其直观化。本文结合笔者教学实践来总结等效平衡解决化学平衡问题的思维方法。

1.理论解析

[思维导航1]一定温度下，在容积相同的①、②两个密闭容器中分别放入①1molN2、3molH2和②2molNH3进行反应：N2+3H2 2NH3达平衡后，①中N2的转化率为90%，试求在相同条件下①②达到平衡后各组分的浓度？对比①、②两种情况，你能得出什么结论？

解析：由于反应温度相同，故两容器中反应的平衡常数互为倒数关系。设①中N2转化了xmol，②中NH3转化了ymol。则有：

x=0.9，则①中反应的平衡常数为K=（2x）2（1-x）（3-3x）3=1200

则相同温度下，②中反应的平衡常数为k=y（3y）2（2-2y）2=11200解得：y=0.9

通过数据的具体对比分析，以上两种情况到达平衡后完全一样。容易得出：对于同一个可逆反应，在相同的条件下，不管是从正反应开始，还是从逆反应开始，或从正反应和逆反应同时开始，都可以建立同一平衡状态。即化学平衡状态与条件有关，而与建立平衡的途径无关。

[思维导航2]在某温度下，在一容积可变的容器中，发生2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）反应，按下列两种途径进行反应：

达到平衡后，平衡是否相同？

解析：由于体积可变，故两种情况下压强相同。故途径2气体体积为途径1气体体积的2倍。相当于在体积为V和2V的密闭容器中分别加入2mol2SO2、1molO2和4mol2SO2、2molO2，如图：用一薄板（厚度忽略不计）将②从中间隔成如图③、④，易知，①、③、④加入的量相同，V相同，故到达平衡后为同一平衡，各组分的含量相同，百分含量也相同。达平衡后移走隔板，由于两部分浓度相同，平衡不移动，因此①、②各组分的浓度相同.尽管②中各组分的物质的量为①中的2倍，但各组分的百分含量相同，平衡的效果相同。

像这种在相同条件下，同一可逆反应，不管从正反应开始，还是从逆反应开始，达到平衡时，任何相同物质的百分含量都相同的化学平衡称为等效平衡。

2.规律解析

例习1、一定温度下，把0.2molXO2和0.1molO2通入一定体积的密闭容器中，发生反应：2XO2+O2XO3，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。现维持该温度不变，令a、b、c分别代表初始加入的XO2、O2和XO3的物质的量（mol），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含量仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白：

a、b、c取值必须满足的一般条件是（请用含a和c、b和c两个数学式表示）______，_____。

分析：反应体系为同温同容，如两种情况到达平衡后各组分的含量仍跟上述平衡时的完全相同，那么两种情况为等效平衡关系。故易到：a+c=2b+12c=1

通过以上的对比分析，容易得出规律：在恒温恒容时，对于气体分子数可变的可逆反应，将不同的起始状态，按计量系数把反应物（或生成物）转化为成生成物（或反应物），几种不同的途径下，只要转化后的各物质的物质的量完全相同，则为平衡等效。

例习2、如果定温定压条件下，根据下列关系，试分析：途径1、2是否为等效平衡？

2XO2（g）+O2（g）2XO3（g）

途径1起始2mol1mol0

途径2起始4mol2mol0

利用如上图的隔板比例物理模型，易知两种情况为等效平衡。

即：在恒温恒压时，对于气体分子数可变的可逆反应，将不同的起始状态，按计量系数把反应物（或生成物）转化为成生成物（或反应物）边，几种不同的途径下，只要转化后的各物质的物质的量之比相同，则两平衡等效。

同理易得：在恒温恒容或恒温恒压条件下，对于气体分子数不变的可逆反应，将不同的起始状态，按计量系数把反应物（或生成物）转化为成生成物（或反应物）边，几种不同的途径下，只要转化后的各物质的物质的量相同或比值相同，则两者为平衡等效。

综上所述，在一定条件下，几组不同的投料方式，达到平衡具有什么样的关系？其解题的方法就是利用等效平衡思维。等效平衡思维解题的核心在于：根据条件，利用规律，作出判断。其基本思路是以其中的一种作为参照，先找到其他的投料方式与这种的等效平衡关系，在改变条件进行对比分析。如条件改变后平衡不移动，则两种情况一定为等效平衡，反之亦然。

參考文献：

[1] 浅谈化学平衡思维模型的建立[J].伊秀凤.辽宁师专学报（自然科学版）2008年04期

[2] 等效平衡的深度解析与解题技巧[J].王本世. 考试周刊2011年07期endprint