平衡移动时体积分数或平均相对分子质量变化的探讨

湖北 罗华荣 彭晓玲

1.问题引入

( )

(1)1.4 MPa

(2)2.1 MPa

A.同温同压同z时，加入催化剂，平衡时Q的体积分数增加

B.同压同z时，升高温度，平衡时Q的体积分数增加

C.同温同z时，增加压强，平衡时Q的体积分数增加

D.同温同压时，增加z，平衡时Q的体积分数增加

【参考答案】B

【分析】本题考查了平衡移动原理的应用。A选项，加入催化剂只能改变反应速率，不会使平衡移动，A选项错误；B选项，由图象(1)可知随着温度的升高，M的体积分数降低，说明正反应吸热，所以温度升高后平衡正向移动，Q的体积分数增加，B选项错误；C选项，对比图(1)(2)可以看出相同温度时，压强增大，M的体积分数增大，所以正反应是气体体积缩小的反应，增大压强Q的体积分数减小，C选项错误；同温同压时，增加N或减少M可使z增大，增加N则平衡正向移动，减少M则平衡逆向移动，故Q的体积分数可能增加，也可能减小，D选项也错误。

2.质疑

显然，本题对应图象分析温度或压强的变化导致M的体积分数y(M)变化，并由M的体积分数y(M)的变化直接判定了平衡移动的方向：平衡正向移动y(M)减小，平衡逆向移动y(M)增大，进而分析出该反应的热效应及反应前后化学计量数之和的大小。对于反应前后气体体积不相等的可逆反应，若温度或压强改变引起平衡向正(逆)反应方向移动，其结果一定是生成物体积分数增大(减小)，反应物气体体积分数减小(增大)吗？

3.建模分析

4.结论

对有气体参加的可逆反应，通过压强或温度的改变让平衡移动后，若某气体组分的物质的量与气体总物质的量变化趋势相同，则该气体的体积分数可能增大，可能减小，亦可能不变。不能错误地认为，平衡向正反应方向移动，就是生成物在反应混合物里的体积分数增大了；若平衡向逆反应方向移动，就是生成物的体积分数减小了。本题从题给图中M的体积分数y(M)的变化并不能判定平衡移动的方向，同样由平衡移动的方向也并不能断定M的体积分数y(M)的变化。这种想当然地理解体积分数变化与平衡移动方向关系的错误认知有待纠正。

5.拓展

混合气体平均相对分子质量变化的判断也应遵循这种情况，气体的质量与气体物质的量同为增大或减小趋势时，混合气体平均相对分子质量可能增大，可能减小，亦可能不变。

即增大压强平衡向正反应方向移动时，运用数学模型一可知：

①当M(前)=30时，M(前)=M(后)，即原气体平均相对分子质量等于30时，混合气体的平均相对分子质量不变；

②当M(前)>30时，M(前)

③当M(前)<30时，M(前)>M(后)，即原气体平均相对分子质量小于30时，混合气体的平均相对分子质量减小。

同理，若减小压强平衡向逆反应方向移动时，则运用数学模型二也容易得出相应的结论。

6.应用示例

( )

①混合气体的密度；②容器内气体的压强；③混合气体的总物质的量；④B物质的量浓度；⑤混合气体的平均相对分子质量；⑥A的转化率。

【答案】①②③④⑥

( )

A

B

C

D

【答案】A

( )

A.容器内CO2的体积分数不再变化

B.CO2和H2转化率的比值不再变化

C.水分子断裂2NA个O—H键，同时氢分子中断裂3NA个H—H键

D.容器内混合气体的平均相对分子质量为34.5，且保持不变

【答案】C