等效平衡规律总结和应用

王晓波

(内蒙古师范大学锦山实验中学 024400)

化学平衡是化学反应原理的重要内容，特别是对等效平衡的学习、理解和应用更为选修四化学反应原理内容的重中之重.在知识点讲述过程中学生容易混淆，在解题应用时更是难以区分、迷惑不清，往往造成学习上的受挫，自信心的不足.笔者结合相关理论帮助师生分析和解决问题，精心提炼平衡原理，浓缩成言简意赅的文字，敬请同仁批评指正.

一、等效平衡的定义

在一定条件下(恒温恒容或恒温恒压)，对同一可逆反应，起始时加入物质的物质的量不同，而达到平衡时，同种物质的百分含量(体积分数、质量分数或物质的量分数)相同的化学平衡互称等效平衡.

二、等效平衡的分类

1．恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数改变的可逆反应，如果起始时物质的投入量不同，但是通过化学方程式的化学计量数换算成同一侧的物质后，各物质的量对应相等，则两平衡等效.

2．恒温恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，如果起始时物质的投入量不同，但是换算成同一侧的物质后，各组分物质的量之比等于化学计量数之比，则两平衡等效.

3、恒温恒压条件下，无论反应前后气体分子数是否改变，如果起始时物质的投入量不同，但是通过化学方程式的化学计量数换算成同一侧的物质后，各物质的量对应成比例，则两平衡等效.

三、实例应用

例在温度相同、容积相同的3个恒容密闭容器中，按不同的方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下：

已知

ΔH=-92.4 kJ/mol

容器甲乙丙反应物投入量1mol N2、3mol H22mol NH34mol NH3NH3的浓度/mol/Lc1c2c3反应物的能量变化放出Q1kJ放出Q2kJ吸收Q3kJ体系压强/Pap1p2p3反应物转化率α1α2α3

下列说法正确的是( ).

A.2p2>p3B.Q1+Q2=92.4

C.2c1>c3D.α1+α2=1

解析由题可知甲与乙互为等效平衡，丙是在乙的前提下等倍数增大反应物浓度.

先看甲与乙:

c始a3a0

c反n3n2n

c平a-n3a-3n2n

与它等效平衡的:

c始 0 0 2a

c反a-n3a-3n2a-2n

c平a-n3a-3n2n

再看吸、放热Q：

ΔH=-92.4 kJ/mol

根据热化学方程式的含义，1mol N2和3mol H2完全反应生成2mol NH3，放出92.4kJ的热量.甲放出的热量为n|ΔH|kJ,乙吸收的热量为(a-n)|ΔH| kJ.

故Q1+Q2=a|ΔH|.

再来看乙与丙，恒温恒容条件下，丙是在乙的前提下等倍数增大反应物浓度，

利用转化率规律：

m+n

m+n>p+q则反应物转化率都增加.

m+n=p+q则转化率不变.

2a0 0

2a-2na-n3a-3n

2na-n3a-3n

4a0 0

4a-4m2a-2m6a-6m

4m2a-2m6a-6m

即：α2=a-n>α3=a-m

吸收的热量为Q2=(a-n)|ΔH|和Q3=(2a-2m)|ΔH|，由于a-n>a-m，所以2Q2>Q3.

那么，甲、乙、丙三个容器中浓度c、压强p、热量Q和转化率α存在什么关系呢？在此进行归纳总结，仅供各位同仁参考和指导.

NH3的浓度cmol/L：由于a-n>a-m，得知n

丙NH3的浓度为c3=4m，所以，2c1=2c2

吸、放热Q′kJ：甲放出的热量Q1=n|ΔH|kJ，乙吸收的热量Q2=(a-n)×|ΔH|kJ，丙吸收的热量Q3=(2a-2m)|ΔH|，故Q1+Q2=a|ΔH|，且由于a-n>a-m，得知Q2>Q3.

体系压强p/Pa：

p1=p2=(a-n)+(3a-3n)+2n=4a-2n.

p3=4m+(2a-2m)+(6a-6m)=8a-4m.

故2p1=2p2>p3.

四、规律总结

等效平衡是一种思维分析方式和解题方法.通过具体试题的分析和应用，等效平衡会增强了化学平衡试题的解题策略和方法研究，并能从中总结出一定的规律和原理，让学生的学习和做题更加高效.

1.恒温恒容，对于反应前后气体的分子数不等的可逆反应，对应物质的百分含量、质量、物质的量、物质的量浓度等都相等.转化率不相等.

2.恒温恒容，对于反应前后气体的分子数相等的可逆反应，对应物质的百分含量相同.质量、物质的量、浓度成比例增减.对应物质的转化率不确定，若按照初始比例投料，转化率相等，反之不等.

3.恒温恒压，不管反应前后气体的分子数相等或者不等的可逆反应，对应物质的百分含量、物质的量浓度相同.质量、物质的量成比例增减.对应物质的转化率不确定，若按照初始比例投料，转化率相等，反之不等.