摘 要:化學平衡是高中化學教學中的難點和重點,特別是向平衡體系中再加入參與反應的物質,又達到新的平衡。分析從原平衡到新平衡,各物質的百分數(體積分數和質量分數)和轉化率、濃度、壓強的變化時,對學生來說是個很難的問題,如果利用等效平衡原理建立等效平衡過程進行分析,問題就會變得很簡單。
關鍵詞:等效平衡;百分數;轉化率
一、 等效平衡的概念
在同一溫度下,對同一個可逆反應,起始時加入方法不同,只加反應物、只加生產物或反應物和生成物同時加入,達到平衡時,每種物質的百分數(體積分數和質量分數)相等。則這幾種不同的加入達到的平衡互為等效平衡。
在H2+I22HI中,前兩個只加入1mol H2和1mol I2與只加2mol HI在相同條件下最終達到平衡時,兩個平衡互為完全等效:不僅百分數相同 H2 都為10.5%,I2都為10.5%,HI都為79%,而且物質的量也相同:H2都為
0.21mol,I2都為0.21mol,HI都為1.58mol;前面兩種和后面一種達到平衡時互為等比等效:各物質對應百分數相同H2都為10.5%,I2都為10.5%,HI都為79%,但是物質的量不相同,各物質對應成比例增大一倍。
等比等效平衡:平衡只有百分數相同,物質的量成比例
完全等效平衡:百分數和物質的量都相同
二、 等效平衡的應用
(一) 判斷不同的加入方法(等比例,不等量)達到平衡時物質百分比、反應物的轉化率、物質的濃度、反應速率的大小關系。
例1 甲、乙兩容器的體積相同,在相同溫度下,甲中加入SO2、O2各1g達到平衡時,SO2的體積分數為a%,轉化率為b%,SO3的濃度為c,V(SO2)=d mol/(L·s);乙中加入SO2、O2各2g達到平衡時,SO2的體積分數為e%,轉化率為f%,SO3的濃度為g,V(SO2)=h mol/(L·s)。
比較a與e、b與f、c與g、d與h的大小關系。
分析方法:建立等效模型
首先把乙看成2個甲,共3個甲,使體積、溫度、物量完全相同,達平衡時3個完全等效,物質百分比、反應物的轉化率、物質的濃度、反應速率完全相同,然后再把2個甲壓縮成1個乙,在壓縮過程中平衡正向(2SO2+O22SO3向系數和?。┮苿?,則SO2的體積分數為減小,轉化率為增大,SO3的濃度增大(體積縮小,不管從哪一邊移,所有有濃度改變的物質,其濃度都是增大),縮小體積速率都是增大的。所以:a>e、b
例2 在甲、乙保持恒溫恒壓條件下,甲中加入SO2、O2各1g達到平衡時,SO2的體積分數為a%,轉化率為b%,SO3的濃度為c,V(SO2)=d mol/(L·s);乙中加入SO2、O2各
2g達到平衡時,SO2的體積分數為e%,轉化率為f%,SO3的濃度為g,V(SO2)=h mol/(L·s)。
比較a與e、b與f、c與g、d與h的大小關系。
分析方法:建立等效模型
首先把乙看成2個甲,共3個甲,使體積、溫度、物量完全相同,達平衡時3個完全等效,物質百分比、反應物的轉化率、物質的濃度、反應速率完全相同,然后再把2個甲合并成1個乙,在合并過程中要保持壓強不變,各物質的濃度不發(fā)生改變,則正逆反應速率不變,則平衡不移動,則SO2的體積分數不變,轉化率不變,SO3的濃度不變。所以:a=e、b=f、g=c、h=d。
(二) 加入一定量的物質達到平衡,在以第一次等比例的量加入一定量的物質,又達到新的平衡,比較兩次平衡物質百分比、反應物的轉化率、物質的濃度、反應速率的大小關系。
例1 在恒溫恒容條件下,加入1mol NO2發(fā)生反應2NO2 N2O4達到平衡時NO2的體積分數為a%,轉化率為b%,N2O4的濃度為c,V(NO2)=d mol/(L·s);由向體系中加入1mol NO2達到新的平衡時NO2的體積分數為e%,轉化率為f%,N2O4的濃度為g,V(NO2)=h mol/(L·s)。比較a與e、b與f、c與g、d與h的大小關系。
分析方法:把后加1mol的 NO2先在外面反應達到平衡,與第一次達到平衡互為完全等效,則兩個平衡轉化率,百分比,濃度,壓強都相同,因為要保持恒溫恒容,所以把在外面達到的平衡擠壓到第一個平衡中(相當于在第一個平衡的基礎上增大了壓強,NO2,N2O4濃度都擴大兩倍)平衡向系數和小的一端移動,正移,則a>e 、b
例2 在恒溫恒壓條件下,加入1mol NO2發(fā)生反應2NO2 N2O4達到平衡時NO2的體積分數為a%,轉化率為b%,N2O4的濃度為c,V(NO2)=d mol/(L·s);由向體系中加入1mol NO2達到新的平衡時平衡時NO2的體積分數為e%,轉化率為f%,N2O4的濃度為g,V(NO2)=h mol/(L·s)。比較a與e、b與f、c與g、d與h的大小關系。
分析方法:把后加1mol的NO2先在外面反應達到平衡,與第一次達到平衡互為完全等效,則兩個平衡轉化率,百分比,濃度,壓強都相同,因為要保持恒溫恒壓,所以把在外面達到的平衡合并到第一個平衡中(體積變?yōu)榈谝淮纹胶獾膬杀?,NO2,N2O4物質的量都擴大兩倍,但濃度沒有發(fā)生改變)平衡不移動則a=e、b=f、c=g、h=d。
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作者簡介:李瑞利,云南省曲靖市民族中學。