李厚良

摘 要：等效平衡包括全等平衡和相似平衡，應(yīng)用中存在三種模式，要掌握其推理過(guò)程，需理解等效物料，這里通過(guò)剖析等效物料的關(guān)系闡述了等效平衡的三種模式。

關(guān)鍵詞：等效平衡 模式 等效物料

中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）03（c）-0075-01

化學(xué)平衡是速率平衡、化學(xué)反應(yīng)等理論的基礎(chǔ)，是其它平衡理論的基石，是化學(xué)教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容[1]，新教材對(duì)化學(xué)平衡降低難度，其仍是考點(diǎn)，等效平衡是重點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，講解等效平衡一開(kāi)始就展現(xiàn)解題模式，很少講解模式的來(lái)源，學(xué)生理解困難，做題中理解體會(huì)，認(rèn)識(shí)膚淺，以等效平衡為基礎(chǔ)演變的習(xí)題解答費(fèi)力。為了讓學(xué)生更好的理解等效平衡，這里對(duì)等效平衡進(jìn)行剖析。一般認(rèn)為等效平衡與反應(yīng)始點(diǎn)、條件無(wú)直接關(guān)系，只需看平衡點(diǎn)[2]；對(duì)同一個(gè)可逆反應(yīng)，無(wú)論通過(guò)什么方式達(dá)到平衡，只要在平衡點(diǎn)上同一組分在平衡混合體系中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)或物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同，則可認(rèn)為這些通過(guò)不同路徑達(dá)到平衡是相同效果的平衡，稱為等效平衡，分為兩種：一種為兩個(gè)平衡點(diǎn)總質(zhì)量一樣，相同組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也一樣，稱為全等平衡；另一種是總質(zhì)量不一樣，但相同組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一樣，稱為相似平衡。

等效平衡可用平衡常數(shù)來(lái)解決，但處理較麻煩，中學(xué)等效問(wèn)題是在一定條件下如恒溫恒容或恒溫恒壓，均有規(guī)律可循。高中階段等效平衡分三種模式，模式一：恒溫恒容時(shí)對(duì)一般可逆反應(yīng)不同的投料方式如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，反應(yīng)物或生成物中同一組分的物質(zhì)的量相同，稱為全等平衡。模式二：在恒溫恒壓時(shí)可逆反應(yīng)以不同的投料方式反應(yīng)，如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，只要反應(yīng)物或生成物中各組分的物質(zhì)的量比例相同，稱為相似平衡。模式三：無(wú)論是恒溫恒壓還是恒溫恒容時(shí)對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，不同投料方式如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，只要反應(yīng)物或生成物中各組分的物質(zhì)的量比例相同，也是相似平衡。這三種模式出現(xiàn)是以結(jié)論的模樣展現(xiàn)，學(xué)生只能通過(guò)做題來(lái)驗(yàn)證結(jié)論的正確性，不理解這三種模式是如何推理的。這三種模式都是在一定條件下初始投料的不同而產(chǎn)生等效平衡，在一定條件下如果兩種不同形式的投料最終達(dá)到等效平衡，這種投料關(guān)系為等效物料。

等效物料1，描述方便投料單位均為mol，例1：一定條件下在相同容器中對(duì)N2+3H22 NH3投料：投料1為N2 1mol，H2 3mol，NH3 0mol達(dá)到平衡；投料2為N2 0mol，H2 0mol，NH3 2 mol達(dá)到平衡，經(jīng)驗(yàn)證這兩種不同物料方式形成的平衡相互等效且是全等平衡，根據(jù)兩種投料方式與方程式系數(shù)的關(guān)系，學(xué)生會(huì)理解其中的規(guī)律。讓學(xué)生延伸根據(jù)規(guī)律再列出如：（2、6、0）和（0、0、4）；（0.5、 1.5、0）和（0、0、1）等為等效物料。等效物料1：在相同條件下與方程系數(shù)成相同比例的反應(yīng)物的料與生成物的料，可相互替換，互為等效物料。這讓學(xué)生掌握了尋找反應(yīng)物和生成物的料之間的替代關(guān)系。例2：一定條件下在相同容器中對(duì)N2+3H22NH3投料：投料1為N25 mol，H27 mol，NH30 mol達(dá)到平衡；投料2為N22 mol，H23 mol，NH30 mol達(dá)到平衡，再投料N2為1 mol，H22 mol，NH30 mol達(dá)到新平衡，接著再投料N22 mol，H22 mol，NH30 mol達(dá)到最終平衡。投料2方式是把第一次投的總料分成三次去加，最終達(dá)到平衡，從物質(zhì)守恒角度上不難理解這兩種平衡為全等平衡。等效物料2：在一定條件下一次性投料和把等量的料分幾次投，建立等效平衡。在學(xué)生理解和建立起這兩種等效物料基礎(chǔ)上，讓學(xué)生分析例3：在等溫等容情況下對(duì)N2+3H22 NH3投料，問(wèn)它們是否建立等效平衡？投料1為N25 mol，H27 mol，NH32 mol達(dá)到平衡1；投料2為N24 mol，H24 mol，NH34 mol達(dá)到平衡2；投料3為N25.5 mol，H28.5 mol，NH31 mol達(dá)到平衡3；投料4為N23mol，H21mol，NH36 mol達(dá)到平衡4，這四種投料表面上沒(méi)有關(guān)系，用等效物料1及等效物料2對(duì)四種物料分割處理，結(jié)果如何？如對(duì)投料1：第一步拿等效物料2拆分，第二步用等效物料1替換，第三步用等效物料2加和，通過(guò)這樣處理依次把投料2、3、4都處理，發(fā)現(xiàn)它們都是等效的。可描述為對(duì)N2+3 H22 NH3進(jìn)行兩組或多組投料，恒溫恒容時(shí)對(duì)一般可逆反應(yīng)不同的投料方式如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，反應(yīng)物或生成物中同一組分的物質(zhì)的量完全相同，就為等效平衡。例4：等溫等壓下在容器Ⅰ中加入1 mol氨氣及2 mol氫氣，在容器Ⅱ中加入2 mol氨氣及4 mol氫氣，它們達(dá)到平衡時(shí)所形成的平衡是否等效？通過(guò)阿伏加德羅定律不難看出：開(kāi)始時(shí)容器Ⅰ氣體體積是容器Ⅱ的一半，平衡時(shí)兩個(gè)容器體積都下降，但最終容器Ⅰ氣體體積仍是容器Ⅱ的一半。如果平衡時(shí)容器Ⅱ中插入一個(gè)隔板把容器Ⅱ分成相等的兩部分，每一部分與容器Ⅰ所含物質(zhì)完全相同，建立相似平衡，為等效物料3：同溫同壓下若按原物料的物質(zhì)比例投料形成的平衡與原物料等效，恒溫恒壓時(shí)可逆反應(yīng)以不同的投料方式反應(yīng)，如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，只要反應(yīng)物或生成物中各組分的物質(zhì)的量比例相同，為等效平衡，是相似平衡。延伸：（1）為什么等溫等容下要求兩種不同投料的量相同而不是量比相同？（2）如果等溫等容下兩種不同投料的量比相同會(huì)不會(huì)等效？例5：對(duì)aA（g）+bB（g）cC（g）+dD（g）等溫下，在三個(gè)容器中分別投入2 molA、4 molB；2 molA、4 molB；4 molA、8 molB達(dá)到平衡后等效嗎？其中容器Ⅰ容積是Ⅱ、Ⅲ的一半；容器Ⅱ和Ⅲ容積相等。容器Ⅰ和容器Ⅲ中所有物質(zhì)濃度相同，建立相似平衡。它們?nèi)绻匀萜鳍驗(yàn)槭键c(diǎn)，前者把容器Ⅱ縮小體積，加壓一倍；后者體積不變?cè)偻读弦槐?。是等效物?：等溫等容時(shí)按原物料的比例加倍投料（或減料），與不加（減）料而縮?。〝U(kuò)大）體積加（減）相同倍數(shù)的壓強(qiáng)效果相同，形成相似平衡。等溫等容下量比相同的情況相當(dāng)于等溫等容時(shí)按原物料的比例加倍投料或減料，變成在原料不變的基礎(chǔ)上加（減）相同倍數(shù)的壓強(qiáng)問(wèn)題。如果某個(gè)反應(yīng)在料不變的基礎(chǔ)上，縮小體積加壓平衡不移動(dòng)，則該反應(yīng)在容器體積不變時(shí)按原料的比例成倍加料平衡點(diǎn)也不會(huì)移動(dòng)。滿足縮小體積加壓平衡不移動(dòng)的方程只有前后氣體系數(shù)之和相等的反應(yīng)，總結(jié)：無(wú)論是恒溫恒壓還是恒溫恒容時(shí)，對(duì)于反應(yīng)前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應(yīng)，不同的投料方式如果根據(jù)化學(xué)方程式中計(jì)量系數(shù)比換算到同一邊時(shí)，只要反應(yīng)物或生成物中各組分的物質(zhì)的量比例相同，也互為等效平衡。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉存芳.新課程標(biāo)準(zhǔn)下化學(xué)教學(xué)目標(biāo)的敘寫[J].教學(xué)與管理，2008，7（3）：58-59.

[2] 劉存芳.新課標(biāo)下化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的探討[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2008，22：85.