[中学生数理化(教与学)]化学平衡中等效平衡问题探讨_化学平衡常数教学反思

2020-02-27 其他范文下载本文

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化学平衡中等效平衡问题探讨

攀枝花市十五中梅静

等效平衡一直以来都是高考的热点，而在实际的教学中，无论是老师的教还是学生的学，历来都是一个难点。

如何突破这一难点，让学生不仅易于掌握，而且能灵活应用，在考试中应变自如，就成为教学研究的一个重要课题。本文结合我多年的教学实践进行一些探讨，力求有所突破。给老师和学生都有一定的帮助。

一、等效平衡类型：

根据等效平衡的特点，我将等效平衡分为如下几种类型：

1、物料守恒的等效平衡：比如 2 SO2＋O22 SO3 的反应中，在等T、P、V下按如下几种情况加入反应物（1）2molSO2和1molO2

（2）1molSO2和0.5molO2和1mol SO3（3）不加SO2和O2只加入2mol SO3 上述的三个反应在达到平衡后，是等效平衡。其分析如下：

因为平衡的建立只与反应条件有关，在同样的条件下，只要加入的物料相同，就是等效平衡，而与反应是从反应物开始还是从生成物开始、或是从两边同时开始是没有关系的。这种题只需要用完全转化的方式（即让生成物最大可能的转化为反应物，或让反应物最大可能的转化为生成物），只要几种情况下所加物料完全相同，就是等效平衡，而与是否是按反应比例加入是没有关系的。

上述题目中：完全把反应物转化成生成物时：（1）中2molSO2和1molO2可以恰好转化成2mol SO3就相当于加入了2mol SO3 ；（2）中1molSO2和0.5molO2可以生成1mol SO3，再加上本来就加入1mol SO3了，也相当于加入了2mol SO3 ；（3）本来就加入了2mol SO3。故上述三个平衡就是等效平衡。

2、物料成比例的等效平衡：比如仍以上述反应为例 2 SO2＋O2在等T、P的条件下按如下情况加入反应物SO3

（1）在体积为1L的容器中加入2molSO2和1molO2（2）在体积为2L的容器中加入4molSO2和2molO2

（3）在体积为2L的容器中加入）2molSO2和1molO2和2mol SO3 上述的三个反应在达到平衡后，也是等效平衡。其分析如下：

在同样的T和P下，（1）相当于是一份物料加入到1L的容器中，而（2）则相当于是两份物料加入到2L的容器中，而（3）先利用物料守恒的全转化，也相当于在2L的容器中加入了4molSO2和2molO2，与（2）相同。因此，也可以假想2L的容器中间有一个挡板，将容易分成两个1L的容器，而我们是将两份反应物分别加到挡板两边的，那两边的反应就完全和（1）是一样的，等反应达到平衡后，去掉挡板，因为两边的反应完全一样，所以平衡不会移动，仍然与（1）完全一样。而（3）与（2）也是等效的。故上述三个平衡时等效平衡。

3、对于反应前后气体体积不变的可逆反应，在不同条件下的等效平衡：比如

2ＨＩ H2 ＋ I2（气）的反应中，在等T、P下按如下几种情况加入反应物（1）在体积为2L的容器中加入2mol H2和2mol I2(气)（2）在体积为1L的容器中加入2mol H2和2mol I2(气)（3）在体积为2L的容器中加入）2molH2和2molI2(气)和xmol HI 此反应特殊在反应前后气体总体积没有发生变化，这种可逆反应在达到平衡后，如果在温度不变的情况下加压V正和 V 逆会同时增大，并且增大的程度完全一样，即仍然有： V正 = V 逆那么平衡就不会移动，即加压前后反应是等效平衡。

因此：上述反应（2）可以认为相当于在反应（1）的物料不变的基础上将容器的体积变为原来的二分之一，也就是压强变为原来的两倍，也即是加压了，而因为反应是前后气体体积不变的，所以平衡不移动，故（1）和（2）是等效平衡。那么我们也可以这样认为：只要温度不变，加入的H2 和 I2的比例完全一样是，不管容器的体积为多少，得到的就是等效平衡。而（3）中无论加入得HI为多少，它完全分解产生的H2 和 I2都是1：1，也即是与与（1）（2）中的物料是成比例的。所以（3）和（1）（2）也是等效平衡。

二、难点解析

1．先弄清楚“等效平衡”概念，先要学会判断哪些属于等效平衡，哪些不属于等效平衡。再利用上述的几类等效平衡解决问题

例1．恒温恒容：（1）Ａ容器中加入1ｇＳＯ２和1ｇＯ２反应达到平衡，ＳＯ２的转化率为ａ％，在同温同容的Ｂ容器中加入2ｇＳＯ２和2ｇＯ２反应达到平衡，ＳＯ２的转化率为ｂ％，则ａ％____________ｂ％；另一C的容器容积为Ａ容器的一半，在其中也加入1ｇＳＯ２和1ｇＯ２，则b％____________c％，ａ％____________c％。

（2）2ＨＩＨ２＋Ｉ２（气）平衡，增大HI的物质的量，平衡____________移动，新平衡后HI的分解率____________，HI的体积分数____________。

（3）Ｎ２Ｏ４2ＮＯ２平衡，减少Ｎ２Ｏ４的物质的量，平衡____________移动，Ｎ２Ｏ４的转化率____________，Ｎ２Ｏ４的体积分数____________，ＮＯ２的体积分数____________。

分析：（1）同温：

①Ｂ和Ｃ是“等效的”

②ＡＣ

Ａ变为Ｂ也相当于加压。

Ｂ容器相当于加压，平衡正向移动，更多的ＳＯ２和Ｏ２转化为ＳＯ３，ａ％＜ｂ％；b％ = c％，ａ％＜c％。

（2）（ａ）判断平衡移动：增大反应物HI浓度，平衡正移（或反应物HI浓度增大，ｖ正增大，ｖ正＞ｖ逆，说明平衡正向移动）。理解：加入HI原平衡被破坏，新加入的HI又分解为H２和I２，即正向移动（注意：不能得出HI分解率增大的结论）。

（ｂ）判断含量变化和分解率变化：同温下，比如原起始时1ｍｏｌＨＩ（ＶＬ），现起始时相当于2ｍｏｌＨＩ（ＶＬ），相当于加压，分别达到平衡，两平衡中HI的分解率相同，同种物的含量相同，HI分解率不变，体积分数不变。

（3）减小反应物Ｎ２Ｏ４浓度，平衡逆向移动（或反应物Ｎ２Ｏ４浓度减小，ｖ正减小，ｖ正＜ｖ逆，说明平衡逆向移动＝。理解：原平衡破坏，小部分ＮＯ２又化合生成Ｎ２Ｏ４（注意：不能得出Ｎ２Ｏ４的转化率如何变化的结论）。

结论：（1）判断平衡移动：应用浓度改变对平衡的影响来判断。

（2）判断含量变化和转化率变化：恒温恒容条件下，若反应物只有一种，增大（或减小）此物的量，相当于加压（或减压）来判断；若反应物不止一种，同倍数增大（或减小）各反应物的量，相当于加压（或减压）来判断。

2．在恒温恒压条件下的应用。例2．恒温恒压：

（1）加入1ｍｏｌＮ２和3ｍｏｌＨ２达到平衡，Ｎ２体积分数为ａ％，Ｎ２转化率为ｂ％；若再加入1ｍｏｌＮ２和3ｍｏｌＨ２，平衡正向移动，新平衡后Ｎ２体积分数为ａ％，Ｎ２转化率为ｂ％；若减少0.5ｍｏｌＮ２和1.5ｍｏｌＨ２，平衡逆向移动，新平衡后Ｎ２体积分数为ａ％，Ｎ２转化率为ｂ％，平均摩尔质量不变。

（2）Ｈ２＋Ｉ２（气）2ＨＩ，加入1ｍｏｌＨ２和2ｍｏｌＩ２（气）达到平衡，若H２减少0.5 ｍｏｌ，Ｉ２减少1ｍｏｌ，平衡逆向移动，各物质含量不变。

分析：（ａ）判断平衡移动（略）。

（ｂ）恒温恒压，若1ｍｏｌＮ２和3ｍｏｌＨ２达到平衡时为ＶＬ，则又加1ｍｏｌＮ２和3ｍｏｌＨ２达到平衡时为2ＶＬ，各同种物的浓度相同，是等效的，转化率相同，各同种物的含量相同，平均摩尔质量相同。

结论：恒温恒压条件下，只要保持相当于两反应物的物质的量之比为定值（可以任意扩大或缩小），即各同种物的物质的量浓度相同，均是等效关系。

二、在可逆反应计算在高考中也常常出现，要学会应用极限法和三步计算模式，“等效平衡”在计算中的应用。

如果求得简便易懂的方法，难点不攻自破。一般可以将三步计算模式（始、变、平）改变为“变形三步”模式（始、变、始′），用于“等效平衡”的计算非常简单易学。关键是理解其中“平”变为“始′”，所以“变形三步”中的“始”与“始′”是等效关系。例3．在一定温度下，把2ｍｏｌＳＯ２和1 ｍｏｌＯ２通过一个一定容积的密闭容器里，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，ＳＯ３的物质的量。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体积分数仍跟上述平衡时的完全相同，请填写下列空白：

（1）若ａ＝0，ｂ＝0，则ｃ＝_____________；

（2）若ａ＝0．5，则ｂ＝_____________和ｃ＝_____________；

（3）若ａ，ｂ，ｃ取值必须满足的一般条件是（请用两方程式表示，其中一个只含ａ和ｃ，另一个只含ｂ和ｃ）_____________。

分析：均是等效平衡关系。

解：（1）ｃ＝2 （2）2ＳＯ２＋Ｏ２

2ＳＯ３

始 2 1  0

变 1．5 0．75 1．5 

ｂ＝0．25 始′ 0．5

0．25 1．5

ｃ＝1．5 （3）2ＳＯ２＋Ｏ２2ＳＯ３

始  2   1  0