等效平衡的建立与等效平衡状态的特点

李洪彬

【摘要】 化学平衡理论是中学化学主干知识，中学化学的难点之一。在学习化学平衡的过程中等效平衡问题是我们分析平衡移动方向的一种重要的方法，同一可逆反应在一定条件下建立的各个平衡体系中各组分的百分含量分别对应相等，这些平衡状态即视作等效平衡状态。等效平衡状态又可以分为相同平衡状态和相似平衡状态。在一定条件下的可逆反应，当达到化学平衡时，同种物质的物质的量分别对应相等，这样的平衡称为相同平衡或称为同一平衡；同种物质的相对含量相同（物质的量成比例），这样的平衡称为相似平衡。

【关键词】 平衡 等效平衡

【中图分类号】 G423 【文献标识码】 A 【文章编号】 1006-5962（2013）01（a）-0079-02

1 等效平衡的建立

类型I：一定条件下的可逆反应，换算为方程式同一侧物质后各物质起始投料量与原平衡起始状态相同，则最终建立相同平衡状态。

例1.某温度下1L密闭容器中加入1molN2和3molH2，使反应N2+3H22NH3达到平衡，测得平衡混合气体中N2、H2、NH3物质的量分别为m mol、n mol、g mol。如温度不变，只改变初始加入的物质的量，达到平衡时N2、H2、NH3的物质的量与原平衡相同，则N2、H2、NH3加入的物质的量用x、y、z表示时，应满足条件：

（1）若x=0，y=0，则z=___。

（2）若x=0.75mol，则y=___，z=___。

（3）x、y、z应满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个含x和y，另一个只含y和z）___。

解析：此题各问为相同平衡状态（1）将题干中的初始量正向极限转化则得NH3为2mol；

（2）将z逆向转化则N2为0.75+0.5z，H2为y+1.5z，分别等于1mol和3mol即可解得y、z。

（3）与（2）解法相似。

答案：（1）2 （2）2.25 0.5 （3）y=3x 2y+3z=6

类型Ⅱ：恒温恒容条件下，对于反应前后气体体积不变的可逆反应，换算为方程式同一侧物质，其“量”成同一比例，则最终建立的平衡为相似平衡（此类型下的等效平衡必须要求反应前后气体体积不变，这是类型Ⅱ的根本性标志）

例2.在一个固定体积的密闭容器中，加入2molA和1molB发生反应：

2A（g）+B（g）2C（g）+D（g），达到平衡时，C的体积百分含量为w%。若维持容器体积和温度不变，按下列四种配比作为起始物质，达平衡后，C的百分含量仍为w%的是（ ）

A、2molA+2molB B、2molA+1molB+2molC+1molD

C、1molB+2molC+1molD D、2molC+1molD

解析：此题为类型Ⅱ，将各选项的C、D逆向极限转化，得物质A、B分别为：选项B：4mol；2mol。选项C：2mol；2mol。选项D：2mol；1mol

答案：BD

类型Ⅲ：恒温恒压条件下的可逆反应，换算为方程式同一侧物质，其“量”符合同一比例，则最终两平衡为相似平衡

例3.在恒温恒压下，向可变容积的密闭容器中充入3LA和2LB，发生如下反应：

3A（g）+2B（g）xC（g）+yD（g）达平衡时，C的体积分数为w%，若维持温度、压强不变，将0.6LA、0.4LB，4LC、0.8LD作为起始物质充入密闭容器中，达到平衡时C的体积分数仍为w%，则x，y的值分别为（ ）

A.x=3，y=1 B.x=4，y=1

C.x=5，y=1 D.x=2，y=3

解析：此题为恒温恒压下的等效平衡，则C、D必可逆向极限转化为A、B，即x：y=4：0.8

答案：C

在习题过程中应先判断出是否等效平衡及所属的等效平衡的类型再动笔，以免发生错误。另外有些可逆反应的平衡移动方向不好判断，必要时可借助虚拟平衡进行判断。

2 对于反应一侧只有一种气体的可逆反应的平衡移动问题

当可逆反应一侧只有一种气体时充入该气体对化学平衡会产生怎样的影响呢？例如：同温同压下的可逆反应2NH3（g）N2（g）+3H2（g）（起始状态为NH3）达到平衡时向体系中充入N2或H2平衡都将向逆向移动，这我们很容易理解。可是如果充入NH3呢？我们一般会得出平衡将向着正反应方向移动的结论，但结果并不是这样，为了说明这个问题，请看下面的图示：

注：平衡Ⅰ：1molNH3在恒温恒容条件下建立的平衡；

平衡Ⅱ：相当于2molNH3在恒温恒压条件下建立的平衡。

分析：从图中我们容易理解和平衡Ⅰ相比平衡Ⅱ没有发生移动。（左图中虚线框内的部分）即在恒温恒压条件下充入NH3平衡不发生移动。

如果是恒温恒容条件，我们还应在平衡Ⅱ的基础上将容器体积压缩到原来的大小。即平衡Ⅲ，由于压强增大，平衡向逆反应方向移动，因此和平衡Ⅰ相比恒温恒容条件下充入NH3平衡向逆反应方向移动了

从以上分析我们可以得出下面的结论：当可逆反应一方只有一种气体时对于从该方向上建立的平衡体系充入该气体对平衡的影响由压强决定，即恒温恒压条件下平衡不移动；恒温恒容条件下向气体体积减小的方向移动。

例4.恒温恒压下，在容积可变的器皿中，反应2NO2（气） N2O4（气）达到平衡后，向容器内通入一定量NO2，再次达到平衡时，NO2的体积分数 （ ）

A.不变 B.增大 C.减小 D.无法判断

解析：再次充入NO2后因为压强不变，因此新平衡与原平衡等效，则NO2的体积分数不变。

答案：A

例5.上题中的条件若改成恒温恒容呢？

解析：与上题恒压的分析方法类似，在恒容条件下充入NO2体系的压强变大因此平衡向正向移动，因此NO2的体积分数减小。

答案：C

另外，例4、例5中充入的气体也可以改成N2O4，其结果与上面的答案完全相同，分析方法也相同。

3 等效平衡的平衡特点

不同类型的等效平衡的平衡特点如下表所示：

例6.在一定温度下，一定体积的密闭容器中有如下平衡：H2（g）+I2（g）2HI（g）已知H2和I2的起始浓度均为0.10mol/L时，达平衡时HI的浓度为0.16mol/L。若H2和I2的起始浓度均变为0.20mol/L，则平衡时H2的浓度是

A.0.16mol/L B.0.08mol/L C.0.04mol/L D.0.02mol/L

解析：此题为恒温恒容条件下的相似平衡。属于类型Ⅱ，新平衡体系中H2的浓度是原平衡体系中H2浓度的2倍，只要求出原平衡体系中的H2浓度为0.02mol/L即可。

答案：C

以上是我在教学中对等效平衡的一些理解，有叙述不准确或错误之处，希望能得到各位专家的批评指正。