解決化學(xué)平衡問題的兩種方法

山東諸城    馬瑞濱

化學(xué)平衡研究的對(duì)象是可逆反應(yīng)，所以一旦反應(yīng)開始，體系中反應(yīng)物和生成物的濃度均不能為零。因此，在研究化學(xué)平衡問題時(shí)，我們常采用極端假設(shè)和過程假設(shè)的方法。這兩種方法對(duì)于等效平衡的問題研究尤為實(shí)用。所謂等效平衡是指：對(duì)于在兩個(gè)不同容器中發(fā)生的同一可逆反應(yīng)，如果體系中各組分的百分含量均相等，則稱這兩個(gè)容器中的平衡狀態(tài)為等效平衡狀態(tài)。下面分別說明兩種假設(shè)分析方法的用法。

一、恒溫、恒容時(shí)等效平衡

1、對(duì)于aA(g)+bB(g)?mC(g)+nD(g)  (a+b不等于m+n)的反應(yīng)，若在此條件下達(dá)到等效平衡狀態(tài)，我們稱之為 “完全等效平衡”。如對(duì)于2SO2(g)+O2(g)           ?2SO3(g)，在下列三個(gè)恒溫、恒容容器中按起始物質(zhì)的量發(fā)生上述反應(yīng)：平衡后的結(jié)果（以三體系中的SO2為例）為n(SO2)相同；C((SO2)相同；SO2%相同。

[例1]若取amol SO2、bmolO2 、cmol SO3置于上述容器中，保持溫度和容積與上述相同，達(dá)平衡后與上述結(jié)果等效，則a、b、c應(yīng)滿足的條件是                        。

[解析]根據(jù)相同條件下可逆反應(yīng)里，無論從反應(yīng)物開始還是從生成物開始，只要起始狀態(tài)相當(dāng)，達(dá)到的平衡就是等效平衡。上述反應(yīng)中為完全等效平衡，采用極端假設(shè)法來分析，假設(shè)c mol SO3 全部反應(yīng)掉，則體系中組分一定變?yōu)?molSO2和1molO2，則有a +c=2；2b+c=2。這種方法又叫“一邊倒”。但這是應(yīng)該注意，“一邊倒”只是假設(shè)，而一旦反應(yīng)開始，體系中反應(yīng)物和生成物的濃度均不能為零，視為“不為零”。

 

 

 

 

 

 

 

 

[例2]在一個(gè)密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：2SO2(g)+O2(g) ＝2SO3(g)，反應(yīng)過程某一時(shí)刻SO2、O2、SO3的濃度均為0.2mol?L-1，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，可能的數(shù)據(jù)是

A、C((SO2)=0.4mol?L-1      B、C((SO2)=C((SO3)=0.15mol?L-1

C、C((SO2)=0.25mol?L-1     D、C((SO2)+C((SO3)=0.4mol?L-1

[解析]根據(jù)題意反應(yīng)不可能進(jìn)行到底，所以A項(xiàng)錯(cuò)，而根據(jù)元素守恒，體系中的S元素為0.4mol，所以B項(xiàng)錯(cuò)，根據(jù)可逆反應(yīng)的原理和元素守恒，答案選C、D。

2、對(duì)于aA(g)+bB(g) ＝?mC(g)+nD(g)  (a+b=m+n)的反應(yīng)，若在恒溫、恒容狀態(tài)下達(dá)到平衡，只要求對(duì)應(yīng)的物質(zhì)比例相同即可，稱之為“不完全等效平衡”。如對(duì)于I2(g) + H2(g) ＝2HI(g)，再三個(gè)恒溫、恒容容器中發(fā)生上述反應(yīng)：平衡后的結(jié)果（以體系中的HI為例）為HI%相同；n(HI)不同；C(HI)不同。

那么，上述容器①②中的平衡狀態(tài)為什么可以是等效平衡呢？我們就用過程假設(shè)法（放縮法）來研究：雖然要求是在恒溫、恒容狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，我們假設(shè)①容器容積為V，而對(duì)于容器②，我們先假設(shè)開始時(shí)其容積為2V，如圖所示，將容器②分割成兩部分，則結(jié)果為三個(gè)體積均為V的容器中互為完全等效平衡；然后將容器②的體積壓縮到V，由于左右兩端氣體系數(shù)相等，所以過程中平衡不移動(dòng)，兩個(gè)容器中的HI%相等，則原來①和②容器中形成的為等效平衡。同理，①②容器和③中也為等效平衡。

[例3]若取amol I2、bmolH2 、cmol HI置于上述容器中，保持溫度和容積與上述相同，達(dá)平衡后與上述結(jié)果等效，則a、b、c應(yīng)滿足的條件是                 。

[解析]運(yùn)用極端假設(shè)Cmol HI完全反應(yīng)掉，結(jié)果中的n(I2)：n(H2)=2：1則有（a + c/2)：(b + c/2)=2：1，得2a = 4b + c。

 

 

 

 

 

 

 

二、恒溫、恒壓時(shí)等效平衡

對(duì)于aA(g)+bB(g) ＝mC(g)+nD(g)反應(yīng)，無論(a+b)與(m+n)相等還是不相等，此類平衡問題的分析方法與恒溫、恒容時(shí)等效平衡的第二種情況均類似（即為一種不完全等效平衡）。如2SO2(g)+O2(g) ? 2SO3(g)，在恒溫恒壓時(shí)以下三個(gè)容器中反應(yīng)，運(yùn)用過程假設(shè)可分析得知，三容器中互為等效平衡（方法同恒溫、恒容等效平衡的第二種情況），平衡后的結(jié)果（以體系中SO2為例）為：SO2%相同；C(SO2)相同；  n(SO2)不同。

 

 

 

 

 

 

 

 

[例4]若取amol SO2、bmolO2 、cmol SO3置于上述容器中，保持溫度和壓強(qiáng)與上述相同，達(dá)平衡后與上述結(jié)果等效，則a、b、c應(yīng)滿足的條件是                 。

[解析]運(yùn)用極端假設(shè)法，c mol SO3 全部反應(yīng)掉，則體系中組分一定變?yōu)镾O2和O2，只要其二者物質(zhì)的量之比符合上述2：1即可，即(a+c)：(b+c/2)=2：1，則有a=2b（與SO3的物質(zhì)的量無關(guān)）。

 

 

 

 

 

 

 

另外，過程假設(shè)還應(yīng)用于判斷平衡移動(dòng)的方向上。

[例5]某溫度下，密閉容器中發(fā)生反應(yīng)aX(g) ? bY(g) + cZ(g)，達(dá)到平衡后，保持溫度不變，將容器的容積壓縮到原來容積的一半，當(dāng)達(dá)到新平衡時(shí)，物質(zhì)Y和Z的濃度均為原來的1.8倍。則下列敘述正確的是

A、可逆反應(yīng)的化學(xué)方程式的系數(shù)：a > b + c

B、壓縮容器容積時(shí)，v正增大，v逆減小。

C、達(dá)到新平衡時(shí)，物質(zhì)X的轉(zhuǎn)化率減小

D、達(dá)到新平衡時(shí)，混合物中的Z的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大

[解析]容積壓縮到原來的一半，如果平衡不移動(dòng)（此為過程假設(shè)），則Y、Z的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，新平衡時(shí)，Y、Z的濃度為原來的1.8倍，說明平衡向左移動(dòng)，即a<b+ c，x的轉(zhuǎn)化率減小，Z的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，但v正、v逆均增大。故答案選C。

[相關(guān)訓(xùn)練]

1、某溫度下，在一容積可變的容器中，反應(yīng)2A(g) + B(g) ? 2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4mol、2mol和4mol。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量作如下調(diào)整，可使平衡右移的是

A、均減半 ；B、均加倍；C、均增加1mol；D、均減少1mol

2、一真空密閉容器中盛有1molPCl5，加熱到200℃時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)PCl5(g) ? PCl3(g) + Cl2(g)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，PCl5所占的體積分?jǐn)?shù)為M%。若在同一溫度和同一容器中，最初投入2molPCl5，反應(yīng)平衡時(shí)，PCl5所占體積分?jǐn)?shù)為N%，則M和N的正確關(guān)系是

A、M>N           B、N>M         C、M=N       D、無法比較

3、在一體積恒定的容器中充入2molA和1molB發(fā)生反應(yīng)2A(g)+B(g)      ?xC(g)，達(dá)到平衡時(shí)，C的體積分?jǐn)?shù)為w%；若維持容積和溫度不變，按起始物質(zhì)的量A：0.6mol，B：0.3mol，C：1.4mol沖入容器，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)為w%，則x的值為                         。

4、反應(yīng)aA(g)+bB(g) ? cC(g)+dD(g)在容積不變的密閉容器中達(dá)到平衡，，且開始時(shí)A和B的物質(zhì)的量之比為a：b則

⑴平衡時(shí)A與B的轉(zhuǎn)化率之比是                     。

⑵若同等倍數(shù)的增大A、B的物質(zhì)的量濃度，要使A與B的轉(zhuǎn)化率同時(shí)增大，系數(shù)間所滿足的關(guān)系：a+b              c+d（填“>”“<”或“沒關(guān)系”）。

⑶設(shè)定a=2,b=1,c=3,d=2，在甲乙丙丁4個(gè)容器中A的物質(zhì)的量依次是2mol、1mol、2mol、1mol，B的物質(zhì)的量依次是1mol、1mol、2mol、2mol，C和D的物質(zhì)的量均為0。則在相同溫度下達(dá)到平衡時(shí)，A的轉(zhuǎn)化率最大的是_______________（填容器序號(hào)，下同），B的轉(zhuǎn)化率由大到小的順序是                    。

1、C；2、B；3、2或3（恒溫恒容時(shí)等效平衡兩種情況都要分析）

4、⑴ 1：1；⑵ >；⑶  丁，甲>乙>丙>丁

 


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