等效平衡的原理、实质、类型及应用

徐昭

在高中化学“选修4（化学反应原理）”化学平衡特征教学时，有一个重要的知识点——等效平衡。等效平衡是该节教学的难点，有关资料表述不多，理解困难，只有准确而全面地介绍等效平衡的原理、实质、类型及应用，才能使学生掌握该问题。

一、等效平衡的原理及实质

由于化学平衡状态的建立与条件有关，而与建立平衡状态的途径无关。所以对于同一可逆反应，当起始投料方式不同时，在相同的反应条件（等温等容或等温等压）下，无论从正反应开始还是从逆反应开始，或者从相应的反应中间某一时刻开始，经过足够的时间，达到化学平衡状态后，各组份的“含量对应相等”，此即等效平衡原理。显然“含量对应相等”指的是达到平衡时各组份的“物质的量分数、气体体积分数”等对应相等，这就是等效平衡原理的实质所在。

二、等效平衡的类型及应用

根据形成平衡的条件，可将等效平衡分为等温等容下的等效平衡、等温等压下的等效平衡和等温两边气体分子数相等的等效平衡。

1.等温等容下的等效平衡

在等温等容下，对于任何一个可逆反应，不论以何种方式投料，只要转化到与原始投料方式相同的物质上时，能与之“对应相等”，则可建立等效平衡，若不“对应相等”，则不是等效平衡。

举例如下：

在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个容积固定的密闭容器中，发生如下反应：2SO2+O2=2SO3，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=________，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：根据等温等容下的等效平衡原理，

（1）a=0，b=0得c=2；

（2）a=0.5得c=1.5，b=0.25；

（3）a+c=2；b+c/2=1。

2.等温等压下的等效平衡

在等温等压下，对于任意可逆反应，不论以何种方式投料，只要转化到与原始投料方式相同的物质上时，能与之“对应成比例”，则可建立等效平衡，若不“对应成比例”，则不是等效平衡。

举例如下：

在一个装有催化剂的容积可变的密闭容器中，保持一定温度和压强，进行如下反应：N2+3H2=2NH3，已知加入1molN2和4molH2时，保持平衡时各组份的体积分数不变，对下列编号①～③的状态，填写表中的空白。

解：根据等温等压下的等效平衡原理，对于可逆反应N2+3H2=2NH3，当n（NH3）=0时，只要n（N2）/n（H2）=1/4时，所有的平衡都是等效平衡，所以：

①令平衡时n（NH3）=x，则1/1.5=a/x，得x=1.5amol；

②令n（N2）=x，n（H2）=y，由于n（NH3）=1mol，此状态相当于起始时，n（N2）=（x+0.5）mol，n（H2）=（y+1.5）mol，n（NH3）=0mol，所以有1/（0.5+x）=4/（y+1.5）=a/0.5a，得x=0mol；y=0.5mol；

③令n（NH3）=x，此状态相当于起始时，n（N2）=（m+x/2）mol，n（H2）=（n+3x/2）mol，n（NH3）=0mol，所以有（m+x/2）/（n+3x/2）=1/4，得x=2（n-4m）mol。

令平衡 时n（NH3）=y，则1/（m+x/2）=1/[m+2（n-4m）/2]=a/y，得y=a（n-3m）mol。

3.温度一定，两边气体分子数相等的等效平衡

对于反应前后气体体积不变的可逆反应，只要温度一定，不管是体积一定还是压强一定，只要把反应混合物中各物质转化到与原始投料方式相同的物质上时，能与之“对应成比例”，则可建立等效平衡，若不“对应成比例”，则不是等效平衡。

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（作者单位：贵州省都匀市第三中学）endprint