化学反应平衡中的转化率变化

王彦伟

化学反应平衡体系中物质的转化率是历年来高考的重点和难点。在长期的教学教学中，我发现大多数资料或参考书中对转化率问题的总结都不够全面，有些甚至是错误的认知。这是导致教师和学生不能正确、全面地认知化学反应平衡体系中物质转化率问题的主要原因。

在化学反应平衡体系中物质转化率的学习中，有一个非常关键的问题是大部分学生没有认识到位的。这个问题可以在下面的题目中得到认识和理解。

假设可逆反应aM（g）+bN（g）=cP（g）+dQ（g）（a+b《c+d）在恒温恒压的条件下反应达到平衡，保持温度和压强不变，向上述反应后的平衡体系中再充人一定量的气体N，则M的转化率如何变化？

很多同学看完题目，马上会想到关于转化率的一个结论：对于有多种反应物的可逆反应，增大一种反应物的量，平衡正移，此反应物的转化率降低，其他反应物的转化率增大。由此得出M转化率增大的结论。但正确的结论是：M转化率的变化此时无法判断。而无法判断的原因是不能判定此时平衡的移动方向。也就是说：并不是任何情况下加入反应物，平衡都一定向正反应方向移动。

其实，可逆反应平衡移动的方向和物质的转化率有着密切的关系，但必须注意反应条件的不同。

一、如果可逆反应的条件是恒温恒容，有如下结论：

（一）温度和压强引起平衡向正反应方向移动时，所有反应物的转化率必然增大。

（二）改变反应物的用量引起的平衡移动有下列几种情况：1.若反应物只有一种。如aA（g）+bB（g）=cC（g），增加A的量即为增大了反应物的浓度，平衡向正反应方向移动。反应物A.的转化率与反应方程式中气体物质的化学计量数有关：

若a=b+e，测A的转化率不变;

若a》b+e，测A的转化率增大;

若a《b+c，测A的转化率减小。

2.若反应物不只一种，如aA（g）+bB（g）=cC（g）+dD（g）①若只增加A的量，A的浓度增大，平衡向正反应方向移动，A的转化率减小，其余反应物的转化率增大。

②若按原比列同倍数增加反应物A和B的量，A和B的浓度增大，平衡向正反应方向移动。而反应物的转化率同样也与反应方程式中气体物质的化学计量数有关

若a+b=c+d，测A、B的转化率不变;

若a+b《e+d，测A、B的转化率减小;

若a+b》c+d，测A、B的转化率增大。

③若不同原比例增加A.B的量。此时，那个反应物的比例大就可认为只增加了这个物质。最终是这个反应物的转化率降低，其余反应物的转化率增大。

二、如果可逆反应的条件是恒温恒压，就不能用以上恒温恒容的结论来判断平衡移动的方向和物质转化率的变化。

例如：恒温恒压条件下可逆反应M（g）+bN（g）=cP（g）+dQ（g）达到平衡。此时若充人N，必然导致体系的体积增大和其余物质（M、P、Q）的浓度减小。这种情况下平衡的移动方向，只有用现在各物质的浓度商（Q）和该反应在此温度下的化学平衡常数（K）进行比较才能得出平衡移动的方向，进而得出M的转化率是如何变化。

若Q=K，平衡不移动，N的转化率减小，M的转化率不变;

若Q《K，平衡不移动，M的转化率增大;

若Q》K，平衡不移动，M的转化率减小。

下面的三个典型例题对理解在恒温恒压和恒温恒容条件下可逆反应平衡的移动和反应物转化率的变化有很大帮助。

例1：使用甲醇汽油能减少汽车尾气对环境的危害，某化工廠用水煤气为原料合成甲醇。恒温条件下，在体积可变的密闭容器中发生可逆反应CO（g）+2H2（g）=CH，OH（g），达到平衡时，测得CO、H2、CH3OH的物质的量都为1mol，容器的体积为3L。现向容器中继续通人3molCO，此时平衡如何移动？H2的转化率如何变化？

解析：题目的条件是恒温恒压，所以在充人CO后容器的体积会增大，不能经验性地得出平衡正向移动。应该用此时的浓度商Q和反应的平衡常数K进行比较。

平衡时：e（CO）=1/3mol/L，c（H2）=1/3mol/L，e（CH3OH）=1/3mol/L，计算可得平衡常数K=9。

平衡后再通人3molCO，此时气体共有6mol。根据恒温恒压条件下气体的体积比等于气体的物质的量之比，可得容器的体积变为6L。此时：c（CO）=2/3mol/L，c（H2）=1/6mol/L，c（CH，OH）=1/6mol/L，计算可得浓度商Q=9。

因为Q=K，可得平衡后再通人3molCO体系仍然是平衡状态。既平衡不发生移动，H2的转化率也不变。

例2：对于以下三个反应，从反应开始进行到达到平衡后，保持温度和体积不变，按要求回答下列问题。

（1）PCls（g）=PCl3（g）+Cl2（g）

平衡时再充人PCls（g），平衡向方向移动，再次平衡后，PCls（g）的转化率

（2）2HI（g）#2（g）+H2（g）

平衡时再充人HI（g），平衡向___方向移动，再次平衡后，HI（g）的转化率

（3）2NO2（g）=N2O4（g）

平衡时再充人NO2（g），平衡向_____方向移动，再次平衡后，NO2（g）的转化率

（4）I2（g）+H2（g）=2HI（g）

平衡时再充人I2（g），平衡向______方向移动，再次平衡后，h（g）的转化率

解析：（1）这是一个正反应方向气体增多的可逆反应。按照上面的结论：恒温恒容条件下，对于只有一个反应物的可逆反应，增加反应物的量，平衡向正反应方向移动。又因为正反应方向是气体增多的反应，所以PCls的转化率降低。

（2）这是一个方程式前后气体相等的可逆反应。按照上面的结论：恒温恒容条件下，对于只有一个反应物的可逆反应。增加反应物的量，平衡向正反应方向移动。又因为方程式前后气体相等，所以PCls的转化率不变。

（3）这是一个正反应方向气体减少的可逆反应。按照上面的结论：恒温恒容条件下，对于只有一个反应物的可逆反应，增加反应物的量，平衡向正反应方向移动。又因为正反应方向是气体减少的反应，所以PCls的转化率增大。

（4）按照上面的结论：恒温恒容条件下对有多个反应物的可逆反应，若只增加一种反应物的量，此种反应物的浓度增大，平衡向正反应方向移动。但此种反应物的转化率减小，其余反应物的转化率增大。所以，此时I2的转化率减小。