关于化学平衡等效问题的教学探讨

魏高昌

（福建石狮一中，福建 泉州）

化学平衡等效问题首先来自于高中教材:将0.01molCO和0.01molH2O（g）通入容积为1L的密闭容器里，在催化剂存在的条件下加热到800℃，结果生成了0.005molCO2和0.005molH2，而反应物CO和H2O（g）各剩余0.005mol。如果温度不变，反应无论进行多长时间，容器里混合气体中各种气体的浓度都不再发生变化。

实验证明，如果不是从CO和H2O（g）开始反应，而是各取0.01molCO2和0.01molH2，以相同的条件进行反应，生成CO和H2O（g），当达到化学平衡状态时，反应混合物里各物质的量均为0.005mol,其组成与前者完全相同。

这可以说是化学平衡等效问题的最原始描述。中学化学界普遍用“等效平衡”一词来概括讨论这一方面的问题，但学生对这一问题的理解仍然存在许多疑问，学生很难判断“等效平衡”的条件及“等效”的内涵，这也是造成高考对这一问题的考查始终保持较高的难度、灵活度和区分度的客观原因。其实，从达到平衡的结果分析，化学平衡的等效可分“完全等效”和“部分等效”两种，如果不细致区分，必然造成学生认识上和思维上的混乱。针对这种状况，笔者提出下列见解：

从教材出发，化学平衡状态的建立与条件有关，与途径无关。因而，同一可逆反应，从不同的状态开始，只要达到平衡时条件完全相同，则可形成“等效平衡”。

而建立“等效平衡”状态通常有四条途径：①正向建立；②逆向建立；③从中间某状态建立；④反应物分批加入。对不同的起始状态，通常假定反应沿某一方向进行到底，将所得物质的量与标准状态比较。

一、反应前后气体体积发生变化的可逆反应，如2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3（g）

1.恒温、恒容投料相同，如：

投料组合 n（SO2）（mol） n（O2）（mol） n（SO3 ）（mol）①2 1 0②0 0 2③1 0.5 1

此等效为“全等”，三种投料组合按上述条件反应达到平衡后，SO3物质的量及体积分数均相等，当然SO2、O2也一样。

2.恒温、恒压投料成比例，如：

投料组合 n（SO2）（mol） n（O2）（mol） n（SO3 ）（mol）①4 2 0②0 0 2③1 0.5 0

即为等效平衡，但此等效为“相似”，三种投料组合按上述条件反应达到平衡后，SO3的体积分数均相等，但平衡时SO3的物质的量不等，平衡时SO3的物质的量与起始投料量成正比，为4∶2∶1。

这是由于在恒温、恒压下，达到平衡后按下列情况进行组合平衡不会发生移动：

投料组合③+投料组合③=投料组合③+投料组合③=投料组合②体积为V升 体积为V升 体积为2V升 体积为2V升

所以投料组合③与投料组合②达到平衡后，SO3的体积分数均相等，但平衡时SO3的物质的量为1∶2。

二、反应前后气体体积未发生变化的可逆反应，如H2（g）+I2（g）⇌2HI（g）

1.恒温、恒容或恒温、恒压，两种情况均是投料相同，如：

投料组合 n（H2）（mol） n（I2）（mol） n（HI）（mol）①1 1 0②0 0 2③0.5 0.5 1

此等效为“全等”，三种投料组合按上述条件反应达到平衡后HI物质的量及体积分数均相等，当然H2、I2也一样。

2.恒温、恒容或恒温、恒压，两种情况均是投料成比例，如：

投料组合 n（H2）（mol） n（I2）（mol） n（HI）（mol）①1 1 0②0 0 4③0.5 0.5 0

即为等效平衡，但此等效为“相似”，三种投料组合按上述条件反应达到平衡后，HI的体积分数均相等，但平衡时HI的物质的量不等，平衡时HI的物质的量与起始投料量成正比，为2∶4∶1。

恒温、恒压的情况容易理解。在恒温、恒容下，达到平衡后按下列情况进行组合平衡不会发生移动，所以投料组合③与投料组合①达到平衡后，HI的体积分数均相等，但平衡时HI的物质的量为 1∶2。

用“相似”和“全等”表示化学平衡中的两种等效情况比较形象，学生容易理解和掌握，一方面，“相似”和“全等”源于数学几何证明，学生心领神会，“全等”代表完全等效平衡，“相似”代表部分等效平衡；另一方面，也可使学生对化学平衡中的等效问题有更深刻更本质的理解。