看高考试题变化、析等效平衡差异

昵称3826483 2013-12-05

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看高考试题变化、析等效平衡差异

长沙市第21中学　邵国光

化学平衡既是中学化学理论教学的一个重点，也是高考考查的一个热点，许多化学平衡的计算和定性判断只能依据等效平衡来解决，这样一来，等效平衡的有关知识就成了教学中不可回避的内容。

何为等效平衡？一般是指一定条件下的几个密闭容器中发生同一可逆反应，起始情况不同，达到平衡时各容器中对应组分的体积（或质量、或物质的量）百分含量相等的平衡体系。

在这些平衡体系中，又存在如下三种情况：1、平衡体系中不仅同种物质的百分含量相等，而且物质的量浓度、物质的量也分别相等(即“三等型”等效平衡)；2、平衡体系中同种物质的百分含量相等，且物质的量浓度也相等(即“二等型”等效平衡)；3、平衡体系中仅同种物质的百分含量相等(即“一等型”等效平衡)。现结合近几年来的高考试题分析这三类等效平衡构建条件的差异。

一、“三等型”等效平衡：在定温（T）、定容（V）条件下，对于一般可逆反应，建立的两平衡体系中不仅同种物质的百分含量相等，而且物质的量浓度、物质的量也分别相等。若只改变起始加入量情况，则只要通过可逆反应的化学计量数比换算（极限假设转换）成反应方程式左（或右）的同一边物质的物质的量与原平衡相同即可。

[例1]（1993年全国高考题）在一定温度下，把2molSO₂和1molO₂通入一个一定容积的密闭容器里，发生如下反应：2SO₂+O₂2SO₃，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分别代表初始加入的SO₂、O₂和SO₃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，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白：

（1）若a=0、b=0，则c=______。

（2）若a=0.5，则b=_______和c=_______。

（3）a、b、c取值必须满足的一般条件是________________（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c）。

解析：本题是在定温（T）、定容（V）条件下，建立的两平衡体系中不仅同种物质的百分含量相等，而且物质的量浓度、物质的量也分别相等。根据改变起始加入量情况，则只要通过可逆反应的化学计量数比换算（极限假设转换）成反应方程式左（或右）的同一边物质的物质的量与原平衡相同即可。得答案如下：

(1)2 mol SO₃相当于2 mol SO₂和1 mol O₂，故c=2 mol。

(2)0.5 mol SO₂和0.25 mol O₂反应，可生成0.5 mol SO₃，故当a=0.5 mol时，b=0.25 mol，c=1.5 mol。

(3)当SO₂和SO₃的物质的量之和为2 mol时，才能保证反应初始SO₂的物质的量为2mol，即a+c=2mol，此时要求O₂1mol，那么就有b+0.5c=1mol。满足此两条件方可使平衡与题说平衡完全相同。

二、“二等型”等效平衡：在定温（T）、定压（P）条件下，对于一般可逆反应，建立的两平衡体系中同种物质的百分含量相等，且物质的量浓度也相等。若只改变起始加入量情况，则只要通过可逆反应的化学计量数比换算（极限假设转换）成反应方程式左（或右）的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同即可。

[例2]（2003年全国新课程卷高考题）I、恒温、恒压下，在一可变容积的容器中发生如下反应：A（g）+B（g）C（g）

（1）若开始时放入1 mol A和1molB，到达平衡后，生成amolC，这时A的物质的量为____mol。

（2）若开始时放入3 mol A和3 mol B，到达平衡后，生成C的物质的量为______mol。

（3）若开始时放入x mol A、2 mol B和1 molC，到达平衡后，A和C的物质的量分别是ymol和3amol，则x=____mol，y=____mol。平衡时，B的物质的量_________（选填一个编号）

A大于2 mol B等于2mol C小于2 mol D可能大于、等于或小于2 mol

作出此判断的理由是________________________________。

（4）若在（3）的平衡混合物中再加入3 mol C，待再次到达平衡后，C的物质的量分数是______.

II、若维持温度不变，在一个与（1）反应前起始体积相同、且容积固定的容器中发生上述反应。

（5）开始时放入1mol A和1molB到达平衡后生成b mol C，将b与（1）小题中的a进行比较_______（选填一个编号）

甲.a<b 乙.a>B 丙.a=b 丁.不能比较

作出此判断的理由是________________________.

解析：本题是在定温（T）、定压（P）条件下，建立的两平衡体系中同种物质的百分含量相等，且物质的量浓度也相等。根据改变起始加入量情况，则只要通过可逆反应的化学计量数比换算（极限假设转换）成反应方程式左（或右）的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同即可。

(1)、由反应A(g)+B(g) C(g)可知，生成a mol C必消耗a molA，则n(A)平=(1-a)mol。

(2)、因(2)与(1)为恒温恒压条件下的等效平衡，且(2)开始时A和B的物质的量为(1)开始时A和B物质的量的3倍，则达到平衡后，(2)生成C的物质的量为(1)生成C的物质的量的3倍，故生成C的物质的量为3amol。

(3)、因(3)与(2)为恒温恒压条件下的等效平衡，若1molC全部生成A和B，则可得到1 mol A和1 mol B；则x mol+1 mol=3 mol，解得x=2。

又因 A（g）+B（g）C（g）

开始物质的量（mol） 2 2 1

转化物质的量（mol） 3a-1 3a-1 3a-1

平衡物质的量（mol） 3-3a 3-3a 3a

从而可得y=3-3a，n（B）平=（3-3a）mol。

由此可知，若3a>1，则B的物质的量小于2 mol；若3a=1，则B的物质的量等于2mol；若3a<1，则B的物质的量大于2mol。

（4）、因（4）与（1）和（2）均为等效平衡，则（4）与（1）和（2）C的物质的量分数均相等，故C的物质的量分数为

A mol/[(1-a)mol+(1-a)mol+amol]=a/(2-a)

或3a mol/[(3-3a)mol+(3-3a)mol+3a mol]=a/(2-a)

(5)、因为(5)题中容器的容积不变,而(1)小题中容器的容积缩小,所以(5)小题的容器中的压力小于(1)小题容器中的压力,有利于平衡逆向移动,故反应达到平衡后a>b.

故正确答案为：(1)(1-a) (2)3a (3)2；3-3a；D；若3a>1，B的物质的量小于2mol；若3a=1，B的物质的量等于2mol；若3a<1，B的物质的量大于2mol。(4)a/(2-a)。(5)乙；因为(5)题中容器的容积不变,而(1)小题中容器的容积缩小,所以(5)小题的容器中的压力小于(1)小题容器中的压力,有利于平衡逆向移动,故反应达到平衡后a>b。

三、“一等型”等效平衡：在定温（T）、定容（V）条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，建立的两平衡体系中仅同种物质的百分含量相等。若只改变起始加入量情况，则只要通过可逆反应的化学计量数比换算（极限假设转换）成反应方程式左（或右）的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同即可。

[例3]（1996年化学试测题）在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应：

H₂（g）+Br₂（g）2HBr（g）。已知加入1molH₂和2molBr₂时，达到平衡后生成amolHBr。在相同条件下，且保持平衡时各组分的百分含量不变，对下列编号（1）~（3）的状态，填写表中的空白：

编号	起始状态（mol）				平衡时HBr的物质的量（mol）
编号	H₂		Br₂	HBr	平衡时HBr的物质的量（mol）
已知	1	2		0	a
（1）	2	4		0
（2）				1	0.5a
（3）	m	n（n≥m）

解析：本题是在定温（T）、定容（V）条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，建立的两平衡体系中仅同种物质的百分含量相等。根据只改变起始加入量情况，则只要通过可逆反应的化学计量数比换算（极限假设转换）成反应方程式左（或右）的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同即可。

由(二)可知：“1 mol H₂+2 mol Br₂”在P（Pa）、TK时于容积为V的容器中达到的平衡与“2 mol H₂+4 mol Br₂” 在P（Pa）、TK时于容积为2V的容器中达到的平衡，是“同种物质的百分含量相等，且物质的量浓度也相等”的等效平衡。加压时平衡H₂(g)+Br₂(g)===2HBr(g)不移动，所以“1 mol H₂+2 mol Br₂”与“k mol H₂+2k mol Br₂”在同温同压下一定可达“等百分含量型”等效平衡而与密闭容器的体积无关，且后者在平衡时必生成了ka mol HBr。