化学平衡隔板问题求解策略

边永平

(河北省丰宁县第一中学 068350)

一、隔板居中类求解策略

由于隔板居于容器正中，说明隔板两则压强相等，由于隔板两侧的空间容积相等，根据阿伏加德罗定律可知，两侧气体的物质的量也相等，这是解决问题的出发点，而确定取值范围则常采用极限法.

例1现有一反应容器(容积固定),中间隔板可自由移动,两侧均为可逆反应(如图1所示).起始加入量如下:A、B和C均为4.0mol、D为6.5mol、F为2.0mol,设E为xmol.当x在一定范围内变化时,可以通过调节温度使两侧反应均达到平衡,使隔板正好位于反应器的正中.

图1

请填写以下空白：

(1)若x=4.5,则右侧反应在开始时向____(填“正反应”或“逆反应”)方向进行.要使起始反应维持向该方向进行,则x的最大取值应小于____.

(2)若x分别为4.5和5.0,则在这两种情况下,当反应达平衡时,A的物质的量是否相等?____(填“相等”、“不相等”或“不能确定”).其理由是____.

解析由题意知，图1中容器两侧的反应都达平衡时，隔板处于正中间，此时隔板两侧的压强相等，由阿伏加德罗定律知，此时隔板两侧气体的总物质的量必然相等.

(1)若x=4.5时，则右侧开始时气体总物质的量为13mol，而平衡时要变成12mol，只能向正反应应进行.

设右侧反应达平衡时，消耗D为amol，则起始与平衡时各气体的物质的量的关系为：

起始(mol) 6.5x2.0

反应(mol)a2a2a

平衡(mol) 6.5-ax-2a2.0+2a

由于可逆反应的特点是反应不能进行到底，即有x-2a>0，再有平衡时气体总量为12mol，即有(6.5-a)+(x-2a)+(2.0+2a)=12，两式联立，可得：x<7.0 .

(2)当x的值分别为4.5和5.0时，欲使反应都达到平衡状态且满足反应混合物总物质的量为12mol，反应均需要向正向进行，而且两种情况下反应向正向进行的程度必然不同.由题意知，这是通过调节反应器的温度来实现的，换言之，x的值分别为4.5和5.0时，两种情况达到平衡对应的温度是不同的.

由于左侧反应也是在两种不同的温度下达到平衡，因此平衡时A的物质的量也不相等.

参考答案：略

二、隔板偏于一侧类求解策略

根据阿伏加德罗定律，推算出同温同压下，气体物质的量之比等于体积比，从而确定出两侧最终平衡时气体的物质的量.

图2

(1)x=1.5，则左侧反应开始时向____(填“正反应”或“逆反应”)方向进行.欲使起始反应维持向该方向进行，则x的取值范围是____.

(2)若x=2，则左侧反应在起始时向____(填“正反应”或“逆反应”)方向进行.平衡时混合气中SO2所占的体积分数为____.欲使起始反应维持向该方向进行，则x的最大值应小于____.

解析分析两反应式可知，右侧容器内气体体积维持不变，始终为9mol；为使平衡时隔板停于位置2，依阿伏加德罗定律可知，平衡后左侧容器内混合气物质的量总和为9×2/3=6mol.

(1)若x=1.5，则初始时n总=1.5+3.25+1=5.75mol<6mol,即需要使反应向气体体积增大的方向移动,即向逆反应方向进行.

若要使反应维持向逆反应方向进行，需有：x+3.25+1<6,即x<1.75；

若令1mol SO3完全反应，则可求出x的最小值：x+3.25+1+0.5>6，即x>1.25，故x的取值范围为：1.25

(2)若x=2(不在1.25～1.75之间)，2+3.25+1=6.25>6，故起始时应向着气体体积减小的方向进行，即正反应方向.

设平衡时SO2转化了amol，则

起始 2 3.25 1

转化a0.5aa

平衡 (2-a) (3.25-0.5a) (1+a)

则平衡时n总=(2-a)+(3.25-0.5a)+(1+a)=6

解得a=0.5mol,n(SO2)=2mol-0.5mol=1.5mol,所占体积分数为(1.5/6)×100%=25%

若要维持反应向正反应方向进行,则需要要讨论:

若3.25mol O2完全转化,则需SO26.5mol,完全转化后物质的量减少3.25mol,则n(混合气)=6.5+3.25+1-3.25=7.5≠6,不合题意.

若xmol SO2完全转化,则耗去O20.5xmol,完全转化后物质的量减少0.5xmol,则n(混合气)=x+3.25+1-0.5x=6, 得x=3.5mol, 即x<3.5mol

参考答案:见解析过程.

三、隔板自由移动类求解策略

不带隔板的一侧为恒容条件，带有隔板的一侧为恒压条件.

图3

请回答；

(1)A中W和B中Z的物质的量比较：n(W)A____n(Z)B(填>、<或=).

(2)打开K，过一段时间重新达平衡(Ⅱ)时，B的体积为____(用含a的代数式表示，连通管中气体体积不计).

解析(1)设A中平衡时，n(W)=xmol,则n(Z)=0.5xmol,设B中平衡时体积为2aL, 即相当于两个A容器, 当B中平衡后,n(Z)=xmol,此时再给B加压，压至0.8aL，则会使平衡正移，将使n(Z)大于xmol，即有：n(W)A

(2)打开K后，A、B可看成一个整体，则此时的容器与原来B容器同温同压，依V(新)/V(B)=(1+2)/2，得：V(新)=1.2aL，则B部分的体积应为0.2aL.

参考答案:见解析过程.