平衡转化率问题分析

2019-04-24湖北罗功举

教学考试(高考化学) 2019年1期

湖北罗功举

平衡转化率问题分析是化学平衡知识中的一个重要考点，也是一个较难点，有些学生碰到这类问题常常束手无策，容易出错。故将其常考题型及解题方法归类分析如下，以供学习参考。

一、定性比较

方法精要：对于比较抽象性的问题，可以采用模型分析法，即先虚拟一个过渡态(此时平衡不移动，则百分含量、平衡转化率不变，n、c是否变化看问题类型，是T、V条件时 Δn≠0情况还是T、V条件时Δn=0情况或是T、P条件)，然后看平衡实际移动情况，若n总增大、p总增大(绝热容器考虑T变化)，则平衡向气态物质计量数之和减小的方向移动；再结合平衡移动规律，判断转化率、n、c的变化。以SO2与O2反应生成SO3为例：

甲甲2 mol SO2+1 mol O22 mol SO2+1 mol O2虚拟(将2个甲压缩到一个容器中,平衡不移动)→

4 mol SO2+2 mol O2乙

虚拟后，甲、乙(两容器体积相同)中平衡转化率相等；但实际上，乙中n总增大、p总增大，平衡正向移动，故乙中的转化率大于甲中的转化率。

表1

下列说法正确的是

( )

A．c1+c2=c3B．α2+α3>1

C．p1+p2

【解析】甲中投入1 mol N2、3 mol H2，乙容器中投入 2 mol NH3，恒温恒容条件下，甲容器与乙容器是等效平衡，各组分的物质的量、含量、容器内压强等完全相等，且α1+α2=1；而甲容器投入1 mol N2、3 mol H2，丙容器加入2 mol N2、6 mol H2，丙中加入量是甲中的2倍，如果恒温且丙容器容积是甲容器2倍，则甲容器与丙容器为等效平衡，所以丙所到达的平衡，可以看作在恒温且容积是甲容器2倍的条件下，到达平衡后，再压缩体积为与甲容器体积相等所达到的平衡，由于该反应是体积减小的反应，缩小容器体积，增大了压强，平衡向正反应方向移动，所以丙中氮气、氢气转化率大于甲，即α3>α1，平衡时丙中的NH3浓度比甲的 2倍还要大。

A项，由分析可知，平衡时c1=c2，而2c1α1，则α2+α3>1，故正确；C项，由分析可知，平衡时p1=p2，而丙中可以看成在恒温且容积是甲容器2倍条件下，到达平衡后，再压缩体积为与甲容器体积相等所到达的平衡，由于该反应是体积减小的反应，缩小容器体积，增大了压强，平衡向正反应方向移动，压缩体积为甲的体积相等时的瞬间p3=2p1，由于平衡的移动，最终使得p3<2p1，则p1+p2>p3，故错误；D项，甲投入1 mol N2、3 mol H2，乙中投入2 mol NH3，则甲与乙是完全等效的，根据盖斯定律可知，甲与乙的反应的能量变化之和为92.4 kJ，故a+b=92.4，a和b均小于92.4，但反应正向进行或逆向进行时转化率不一定为50%，即a不一定等于b，故错误。答案为B。

【点评】遇到定性比较问题时，先要寻找或设置一个“比较标准”，再用模型法将其他问题的变化情况展示出来，然后与“比较标准”对照，得出结论。

二、定量计算

方法精要：涉及定量计算问题时，一般用“三段式”法列式、厘清各物质的有关量，再根据反应速率计算式、平衡常数计算式、已知条件等列式求出转化浓度(Δc)，然后用转化率计算式进行求算。其计算步骤如下：

1.三段式模式

c(初)(mol·L-1)n1n20 0

2.列式计算

依据有反应速率计算式、平衡常数计算式、已知条件等，列式计算，最后求出转化浓度(Δc)。

3.求算转化率

( )

A．5% B．17% C．25% D．33%

起始浓度(mol/L) 1.0 0 0

转化浓度(mol/L)x0.5x0.5x

平衡浓度(mol/L) 1.0-x0.5x0.5x

【点评】用“三段式”进行计算时，若涉及平衡常数，①起始量、转化量、平衡量用浓度单位为宜，否则易出现错误；②先写K的表达式，再带入数据，计算求解。

三、图象分析

方法精要：分析化学反应速率或化学平衡图象题时，主要按以下方法进行判断：

1.看图象：一看面，即纵、横坐标的意义，都要与化学原理相联系，特别是与平衡移动原理相联系；二看点，即起点、拐点、交点、终点；三看线，即线的走向和变化趋势；四看辅助线，即等温线、等压线、平衡线等；五看量的变化，如浓度变化、温度变化、转化率变化、物质的量的变化等。

2.依据图象信息，利用平衡移动原理，分析可逆反应的特征：吸热还是放热(由温度变化情况推导)，气体化学计量数增大、减小还是不变(由压强变化情况推导)，有无固体或纯液体参加或生成等。纵坐标为反应速率时，可用三步分析法推导：一看反应速率是增大(外因可能是增大浓度、加压、升温、加催化剂)还是减小(外因可能是减小浓度、减压、降温)；二看v正、v逆的相对大小，其交点为平衡点；三看化学平衡移动的方向。

3.先拐先平：在化学平衡图象中，先出现拐点的反应先达到平衡，可能是该反应的温度高、浓度大、压强大或使用了催化剂。

4.定一议二：勒夏特列原理只适用于一个条件的改变，所以图象中有三个变量时，先固定一个量不变，再讨论另外两个量的关系。

( )

图1

A．温度T1℃比T2℃高

B．正反应为放热反应

C．甲图纵轴可以表示A的转化率

D．甲图纵轴可以表示混合气体平均相对分子质量

【解析】A项，分析乙图，温度越高，化学反应速率越快，先达到平衡状态，所以T1℃比T2℃低，故错误；B项，升高温度，A的百分含量减小了，即升温平衡正向移动，所以该反应的正方向为吸热反应，故错误；C项，分析甲图，增大压强，化学反应速率加快，先达到平衡状态，所以p2大于p1，加压，化学平衡逆向移动，A的转化率减小，所以甲图纵轴可以表示A的转化率，故正确；D项，增大压强，化学平衡逆向移动，气体总分子数减小，气体总质量不变，所以混合气体平均相对分子质量增大，所以甲图纵轴不能表示混合气体平均相对分子质量，故错误。答案为C。

【点评】分析图象类问题时，一要弄清楚点、线、面的含义；二要注意将图象的意义(外因与结果的对应关系)与规律内容相结合；三要灵活选择方法，如排除法、代入法等。

跟踪练习：

( )

A．可逆反应的化学方程式中化学计量数：a>b+c

B．压缩容器的容积时，v正增大，v逆减小

C．达到新平衡时，物质X的转化率减小

D．达到新平衡时，混合物中Z的质量分数增大

( )

A．平衡后CO的体积分数为40%

B．平衡后CO的转化率为25%

C．平衡后水的转化率为50%

D．平衡后混合气体的平均相对分子质量为24