诠释化学等效平衡研究

【摘要】化学平衡这部分内容是高中基础理论知识中最难理解的部分之一，尤其是等效平衡，学生在运用时感到特别的困难。

【关键词】化学平衡；等效平衡；教学难点；破解方法

一、什么是等效平衡

我们知道化学平衡状态的建立与途径无关，对于一个可逆反应，无论起始只有反应物或生成物或者反应物生成物都有，只要满足一定条件，均可建立等效平衡。所谓等效平衡就是指效果相同的平衡，可逆反应从两个不同的起始状态开始,达到平衡时两个体系中对应组分的百分含量（体积分数或物质的量分数）均相同,这两个平衡互称为等效平衡。若两平衡体系完全相同（平衡时各组分不仅百分含量相同，物质的量浓度及反应速率也相同），又称全同平衡。

对概念的理解应把握以下几点:（1）外界条件相同：通常可以是①恒温、恒容，②恒温、恒压。（2）"等效平衡"与"完全相同的平衡状态"不同："完全相同的平衡状态"是指在达到平衡状态时，任何组分的物质的量分数（或体积分数）对应相等，并且反应的速率、各组分的物质的量、浓度等也相同。而"等效平衡"只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数（或体积分数）对应相同，反应的速率、压强等可以不同。（3）平衡状态只与始态有关，而与途径无关，（如：①无论反应从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始②投料是一次还是分成几次③反应容器经过扩大-缩小或缩小-扩大的过程，）只要起始浓度相当，就达到相同的平衡状态。

一般认为在以下三种情况下可逆反应可达到等效平衡。

1.在定温定容时,对于所有的可逆反应,若起始加入情况不同,但转化为反应方程式同一边物质后对应物质的物质的量均相同,则可达到等效平衡。

2.在定温定压时,对于所有的可逆反应,若起始加入的量不同,但转化为方程式同一边物质后各物质的物质的量成正比,则可达到等效平衡。

3.在定温定容时,对于反应前后气体分子数相等的反应,若起始加入情况不同,但转化为反应方程式同一边物质后各物质的物质的量成正比,则可达到等效平衡。

二、等效平衡规律

1.无论在恒温、恒压或恒温、恒容下,只要起始加入物质的物质的量转化成同一半边的物质，各物质的物质的量相同,则平衡时,每种物质的物质的量、浓度和百分含量都对应相同,即两平衡完全相同,是等同平衡。

2.在恒温、恒压下,改变起始时加入物质的物质的量,只要按化学计量数换算成反应方程式同一边的物质的物质的量之比与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。平衡时每种物质的百分含量对应相同,物质的量等倍数地增大或减小。

3.在恒温、恒容下①对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要反应物（或生成物）的物质的量的比值与原平衡相同,两平衡等效。平衡时每种物质的百分含量对应相同,各物质的量等倍数地增大或减小。②对于反应前后气体分子数不相等的可逆反应,只改变起始时加入物质的物质的量,如通过化学计量数换算成反应方程式同一边的物质的物质的量与原平衡相同,则两平衡等同。

三、等效平衡的判断及处理

1.步骤

⑴进行等效转化——一边倒法，即按照反应方程式的计量数之比转化到同一边的量，与题干所给起始投料情况比较。

⑵判断起始浓度是否相当。

2.三种类型：

I类：恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说（即△n≠0的体系）：等效转化后，对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。

II类：恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说（即△n=0的体系）：等效转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。

III类：恒温恒压下对于气体体系等效转化后，要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。

可用口诀概括为：等压比相等；等容量相等，但若系（气体系数）不变，可为比相等。

四、如何应用等效平衡

解题的关键，在读题时分清类别，用相应的方法求解。先看条件,后判断。若为定温定容,则看反应前后气体分子数,若反应前后气体分子数相等,只需转化后各物质的物质量成正比即可达到等效平衡;若反应前后气体分子数不等,则转化后各物质的物质量必须相同才能达到等效平衡；若为定温定压则只需转化后各物质的物质的量成正比即可判定为等效平衡。

例题解析

例：在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一定容积的密闭容器中，发生如下反应，当此反应进行到一定程度时反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变，令a、b、c分别代表初始时加入的物质的量（mol），如果a、b、c取不同的数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡状态时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡完全相同。

解析：通过化学方程式：可以看出，这是一个化学反应前后气体分子数不等的可逆反应，在定温、定容下建立的同一化学平衡状态。起始时，无论怎样改变的物质的量，使化学反应从正反应开始，还是从逆反应开始，或者从正、逆反应同时开始，但它们所建立起来的化学平衡状态的效果是完全相同的，即它们之间存在等效平衡关系。我们常采用"等价转换"的方法，分析和解决等效平衡问题。

（1）若a=0，b=0，这说明反应是从逆反应开始，通过化学方程式?可以看出，反应从2molSO3开始，通过反应的化学计量数之比换算成和的物质的量（即等价转换），恰好跟反应从2molSO2和1molO2的混合物开始是等效的，故c=2。

（2）由于a=0.5<2，这表示反应从正、逆反应同时开始，通过化学方程式?可以看出，要使0.5molSO2反应需要同时加入0.25molO2才能进行，通过反应的化学计量数之比换算成SO3的物质的量（即等价转换）与0.5molSO3是等效的，这时若再加入1.5molSO3就与起始时加入2molSO3是等效的，通过等价转换可知也与起始时加入2molSO2和1molO2是等效的。故b=0.25，c=1.5。

（3）题中要求2molSO2和1molO2要与amolSO2、bmolO2和cmolSO3建立等效平衡。由化学方程式?可知，cmolSO3等价转换后与cmolSO2和等效，即是说，和与amolSO2、bmolO2和cmolSO3等效，那么也就是与2molSO2和1molO2等效。故有a+c=2,b+c/2=1。