“虚拟模型”在复杂平衡问题中的应用

杨素芬

化学平衡是高中化学的重要理论之一，也是高考的重点和热点。关于新旧平衡之间物质的转化率、百分含量、物质的量浓度等大小比较是教学的难点。这类问题对考生的思维能力要求较高，很多时候学生无所适从，如果采用“虚拟模型”可以化繁为简，轻松地解决这类问题。

“虚拟模型”指虚拟一个与旧平衡等效的中间平衡状态，然后通过压缩或扩大体积变为新平衡，进而通过比较虚拟平衡和新平衡中某些量的关系得出答案。

【例1】在一定温度下，向一恒容的密闭容器中充入1 mol NO2发生如下反应：2NO2？葑N2O4，达到平衡后NO2的转化率为a%。若再向容器中充入1mol NO2，达到平衡后NO2的转化率为b%，则a     b（填“>”“<”“=”）。

解析：如图1，对比甲乙两个平衡可知，再充入1mol NO2，平衡正向移动，已转化的NO2的物质的量增大，但NO2的总物质的量也增大，所以NO2的转化率如何变化难以确定。

如果利用虚拟平衡模型则可以容易判断。虚拟乙平衡和甲平衡为相似平衡，NO2的转化率、各组分的百分含量、浓度相同，但物质的量等比例变化。而乙平衡是在虚拟乙平衡的基础上将容器容积压缩为原来的1/2（即增大压强），使平衡正向移动，则达到平衡后NO2的转化率增大，即a

【例2】相同温度下，有体积相同的甲、乙两个容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分別进行合成氨反应。下列叙述中错误的是（    ）

A. 化学反应速率：乙>甲

B. 平衡后N2的浓度：乙>甲

C. H2的平衡转化率：乙>甲

D. 平衡混合气体中H2的体积分数：乙>甲

解析：相同温度下，体积相同乙容器中各物质的起始浓度为甲容易的2倍，依据速率和平衡知识容易判断选项A、B均正确。

对于选项C、D，依据虚拟平衡模型能快速判断。如图2所示。虚拟乙平衡与甲平衡为相似平衡，N2、H2的平衡转化率、百分含量、浓度相同，虚拟乙平衡中各组分物质的量为甲平衡的2倍。

从虚拟乙平衡变为乙平衡，压缩容器为原来的1/2，即增大压强，平衡正向移动，则平衡时，N2、H2的转化率增大，在混合气体中的体积分数减小。所以选项D错误。乙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大，但乙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍，而乙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍，

【同题异构1】某温度下，体积一定的密闭容器中进行反应：N2（g）+3H2（g）？葑2NH3（g）ΔH<0。下列分析正确的是（    ）

A. 平衡后，加入催化剂，该反应的ΔH不变

B. 欲提高H2的转化率，向容器中按原比例再充入N2和H2

C. 平衡后，充入NH3，新平衡时，NH3的百分含量变大

D. 若反应前充入的N2与H2物质的量相等，达平衡时N2的转化率比H2的高

解析：对于B和C选项，可以通过虚拟模型解决。向容器中按原比例再充入N2和H2，类似例题2，即增大压强，平衡正向移动，则平衡时，H2的转化率增大。其他条件不变，平衡后再充入NH3，相当于增大压强，平衡正向移动，达到平衡时，NH3百分含量增大，故C项正确;

【同题异构2】还原法炼铅，包含反应PbO（s）+CO（g）=Pb（s）+CO2（g），在恒容密闭容器中放入PbO并通入CO，达平衡时，若向容器中充入一定量的CO气体后，平衡发生移动，再次达到平衡时，CO的百分含量______（填“增大”“减小”或“不变”）。

解析：若向容器中充入一定量的CO气体后，通过虚拟模型分析，相当于在虚拟平衡的基础上加压，而反应的气体分子数不变，所以再次达到平衡时，CO的百分含量不变。

总之，“虚拟模型”是通过虚拟一个与旧平衡相似的平衡，变化思维角度，使复杂问题简单化，从而快速解决问题的思维方法。

责任编辑 李平安