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關(guān)于等效平衡的若干問題及其解決途徑
?關(guān)于等效平衡的若干問題及其解決途徑
“等效平衡”是指在相同條件下的同一可逆反應(yīng)里，建立的兩個(gè)或多個(gè)化學(xué)平衡中，各同種物質(zhì)的含量相同，這些化學(xué)平衡均屬等效平衡（包括“等同平衡”）,其核心是“各同種物質(zhì)的含量相同”。 “等效平衡”常見的有恒溫恒壓和恒溫恒容兩種情形，其口訣可概括為：等壓比相等；等容量相等，但若系（氣體系數(shù)）不變，可為比相等【三種情況前提：等T】。
[例題1]在一恒溫恒壓密閉容器中，A、B氣體可建立如下平衡： 2A(g)+2B(g) C(g)+3D(g)現(xiàn)分別從兩條途徑建立平衡：Ⅰ. A、B的起始量均為2mol；Ⅱ. C、D的起始量分別為2mol和6mol。下列敘述正確的是：-----------------------------（AC）A、Ⅰ、Ⅱ兩途徑最終達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)混合氣體的百分組成相同B、Ⅰ、Ⅱ兩途徑最終達(dá)到平衡時(shí)，體系內(nèi)混合氣體的百分組成不同C、達(dá)到平衡時(shí)，途徑Ⅰ的 和途徑Ⅱ體系內(nèi)混合氣體平均相對(duì)分子質(zhì)量相同D、達(dá)到平衡時(shí)，途徑Ⅰ的氣體密度為途徑Ⅱ密度的1/2解析：化學(xué)平衡的建立與反應(yīng)途徑無關(guān)，Ⅱ可等同于A、B的起始量均為4mol的情形（將Ⅱ進(jìn)行極值轉(zhuǎn)換2molC和6molD完全反應(yīng)轉(zhuǎn)化為4molA，4molB）。
加入2molA，2molB體積為ＶＬ，恒溫恒壓時(shí)，再加入2molA，2molB體積則變?yōu)?ＶＬ，可見，A、B的起始量均為4mol時(shí)就相當(dāng)于是兩個(gè)A、B的起始量均為2mol在同等條件下的疊加，平衡時(shí)，各同種物的濃度相同，轉(zhuǎn)化率相同，平均摩爾質(zhì)量和密度也相同。
結(jié)論：對(duì)于氣體，在相同溫度下，各物質(zhì)的量等比例增大（或縮�。�，又壓強(qiáng)不變，則體積等比例增大（或縮小），各物質(zhì)的量濃度不變，兩平衡等效。
[例題2]如維持溫度不變，在一容積不變的容器中加入2molSO2，1molO2，發(fā)生下列反應(yīng)：2SO2 (g) +O2(g) 2SO3(g)，若平衡時(shí)，SO3的物質(zhì)的量濃度為a mol/L。如果改變開始時(shí)的投料情況，并用a表示SO2的物質(zhì)的量；b表示O2的物質(zhì)的量；c表示SO3的物質(zhì)的量，但是仍然要求平衡時(shí)SO3的物質(zhì)的量濃度為a mol/L，則填寫下列空格：⑴若a=0，b=0，則c=_______；
⑵若a=0.5，則b= _______ ，c=_______；
⑶寫出a、b、c應(yīng)滿足的關(guān)系式（請(qǐng)用兩方程式表示，其中一個(gè)只含ａ和ｃ，另一個(gè)只含ｂ和ｃ）：__________ ，____________。
解析：（1）化學(xué)平衡的建立與反應(yīng)途徑無關(guān)，顯然c=2（運(yùn)用極值轉(zhuǎn)換，2molSO2和1molO2完全反應(yīng)轉(zhuǎn)化為2molSO3）。
（2） 2SO2 (g) + O2(g) 2SO3(g) 始? 2?? 1? ? ?0 始′ 0.5? ? b c ???
變? 1.5?? ? 1—b? c ? ?
則有1.5：（1—b）：c = 2：1：2 ∴ ｂ＝0.25，ｃ＝1.5
將三步計(jì)算模式（始、變、平）改變?yōu)椤白冃稳健蹦Ｊ剑ㄊ�、始′、變），用于“等效平衡”可�?jiǎn)化計(jì)算。
（3）同理 2SO2 (g) + O2(g) 2SO3(g)始 2 ? 1 ? ? 0始′ ａ ?? ｂ ? ? ｃ?
變 2－ａ??1－ｂ? ? ｃ
則有（2－ａ）：（1－ｂ）：ｃ＝2：1：2
?∴?ａ＋ｃ＝2， 2ｂ＋ｃ＝2
[思考]若將上述問題中的容積固定容器改成壓強(qiáng)不變?nèi)萜鳎瑯踊卮鹕鲜鰡栴}（第3小問括號(hào)內(nèi)文字去掉），則情形又如何？（參考答案：①c＞0；② b=0.25，c≥0；③a：b=2：1，c≥0或a=b=0，c＞0）
[例題3]在一個(gè)固定容積的密閉容器內(nèi)，保持一定溫度，進(jìn)行以下反應(yīng)：H2(g)+Br2(g) 2HBr(g)+Q，已知加入1molH2和2molBr2時(shí)，達(dá)到平衡后生成amolHBr(見下表“已知”項(xiàng))。在相同的條件下，且保持平衡時(shí)各組分的體積分?jǐn)?shù)不變，對(duì)下列編號(hào)⑴—⑶的狀態(tài)，填寫表中的空白：編號(hào) 起始狀態(tài)時(shí)物質(zhì)的量/mol 平衡時(shí)HBr的物質(zhì)的量/mol H2 Br2 HBr 已知 1 2 0 a⑴ 0.5 1 0 0.5a⑵ 0 0.5 1 0.5a⑶ n m（m≥2n） 2（m-2n） （m-n）a （粗體部分為原題空白部分） 解析：（1）
對(duì)于等容，物質(zhì)的量等比例縮小（或增大），壓強(qiáng)變化，如果氣體系數(shù)反應(yīng)前后相等，平衡不移動(dòng)，則仍為等效平衡。
（2）先極值轉(zhuǎn)換，再用比例計(jì)算。
H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)
始 x y 1
變 0.5 0.5 1 （極值轉(zhuǎn)換）
始′ x +0.5 y +0.5 0
則有 x +0.5=0.5 ，y +0.5=1 （和①為等同平衡，等同平衡必為量相等）
∴ x=0， y=0.5
（3）設(shè)起始狀態(tài)時(shí)HBr的物質(zhì)的量為x，平衡時(shí)HBr的物質(zhì)的量為y，
H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)
始 n m x
變 0.5x 0.5x x （極值轉(zhuǎn)換）
始′ n+0.5x m+0.5x 0
變′ 0.5y 0.5y y
平 n+0.5x—0.5y m+0.5x—0.5y y
則有（n+0.5x）∶（m+0.5x）=1∶2 【注：按原物質(zhì)的物質(zhì)量之比，非按反應(yīng)系數(shù)比】
（n+0.5x—0.5y）∶（m+0.5x—0.5y）∶y =（1—0.5a）∶（2—0.5a）∶a
∴x=2（m-2n）， y=（m-n）a
溫度恒定時(shí)，對(duì)于等容，物質(zhì)的量等比例增大，壓強(qiáng)變化，
（1）如果氣體系數(shù)反應(yīng)前后相等，平衡不移動(dòng)，則仍為等效平衡；（2）如果氣體系數(shù)反應(yīng)前后不等，則平衡移動(dòng)，非等效平衡，要想等效，只有量不變。
[思考]若將例1中的壓強(qiáng)不變?nèi)萜鞲某扇莘e固定容器，同樣分析4個(gè)選項(xiàng)，則情形又如何？（參考答案：ACD）
總的說來，等效平衡實(shí)際上可分為三小塊進(jìn)行分析，能正確理解、分析上述三個(gè)例題則此類問題均可迎刃而解。在理解等效平衡原理的基礎(chǔ)上，在實(shí)際解題中也可依據(jù)其口訣“等壓比相等；等容量相等，但若系（氣體系數(shù)）不變，可為比相等”簡(jiǎn)化分析過程，提高解題速度。
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