關(guān)于化學(xué)平衡兩類問法的辨析

上海 辛 欣

在高考中，化學(xué)平衡作為重難點(diǎn)，一直是學(xué)生理解的障礙。教師在教學(xué)過程中，過于注重外延式教學(xué)，即總結(jié)二級(jí)結(jié)論讓學(xué)生記憶，然后在解題時(shí)套用，忽視內(nèi)涵的深入理解和易混概念、問法、題型的辨析，導(dǎo)致學(xué)生解題時(shí)容易死記硬背、機(jī)械套用，這樣就掉進(jìn)了出題人精心設(shè)置的“陷阱”。筆者就下述在平時(shí)練習(xí)中很常見但是非常容易錯(cuò)解的兩種問法進(jìn)行分析，總結(jié)兩種問法的區(qū)別和聯(lián)系。

一、問題

問題1：現(xiàn)向容器中加入2 mol NH3，保持溫度不變，當(dāng)再次達(dá)到平衡時(shí)，與原平衡相比，反應(yīng)是正向移動(dòng)了，還是逆向移動(dòng)了？

問題2：現(xiàn)向容器中加入2 mol NH3，反應(yīng)向哪個(gè)方向移動(dòng)了？

二、典型錯(cuò)解

運(yùn)用勒夏特列原理可知，達(dá)到平衡后加入生成物，平衡逆向移動(dòng)，所以兩問的答案都應(yīng)當(dāng)是反應(yīng)逆向移動(dòng)了。

三、正確答案詳解與錯(cuò)解剖析

1.問題1由于在平衡之后繼續(xù)投料，分析第二次達(dá)到平衡后，反應(yīng)方向相比第一次達(dá)到平衡時(shí)是如何進(jìn)行的。也就是比較第一次達(dá)到平衡時(shí)和第二次達(dá)到平衡時(shí)，兩次反應(yīng)哪個(gè)反應(yīng)進(jìn)行的程度更大。這是一個(gè)典型的等效平衡問題。

根據(jù)等效平衡的概念“在一定條件(恒溫恒容或恒溫恒壓)下，同一可逆反應(yīng)體系，不管是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，在達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，任何相同組分的百分含量(體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量分?jǐn)?shù))均相同，這樣的化學(xué)平衡互稱等效平衡”可知，向容器中加入2 mol NH3可以等效為向容器中加入1 mol N2和3 mol H2。即第二次投料，相當(dāng)于在容器中直接加入2 mol N2和6 mol H2。由于兩次投料容器體積恒定，第二次投料的濃度是第一次濃度的2倍，也就是第二次投料可以看作在第一次投料的基礎(chǔ)上加壓。所以第二次投料達(dá)到平衡后，相比第一次投料達(dá)到平衡后，平衡要向氣體體積減小的方向移動(dòng)，也就是向右移動(dòng)。因此，與原平衡相比，反應(yīng)正向移動(dòng)了。這種分析思路是中學(xué)教學(xué)中常見的定性分析，也就是“等效平衡”的分析思路。

2.問題2這個(gè)問法是在加入氨氣后，平衡瞬間如何移動(dòng)，也就是投入氨氣后，反應(yīng)初始向哪邊移動(dòng)？我們不妨借用濃度商和平衡常數(shù)的關(guān)系，來解答這個(gè)問題。第一次達(dá)到平衡時(shí)，Qc=K，當(dāng)加入2 mol NH3時(shí)，反應(yīng)物濃度瞬間增大，所以Qc>K，平衡瞬間會(huì)逆向移動(dòng)。

3.錯(cuò)解剖析：勒夏特列原理的使用條件是在達(dá)到化學(xué)平衡后，改變影響化學(xué)平衡的一個(gè)因素，來判斷化學(xué)平衡如何移動(dòng)。

四、兩種問法的區(qū)別和聯(lián)系

這兩個(gè)看似類似的問法卻得到了不同的答案，這究竟是為什么呢？

1.兩種問法的區(qū)別

問題1研究的是，第二次達(dá)到平衡之后，反應(yīng)進(jìn)度相比第一次達(dá)到平衡，是變大還是變小了。問題2研究的是，加入物料而尚未達(dá)到第二次平衡時(shí)，反應(yīng)瞬間會(huì)朝向哪邊移動(dòng)。

我們來定量分析一下這兩個(gè)問題：當(dāng)剛投入氨氣時(shí)，濃度商會(huì)暫時(shí)大于平衡常數(shù)，所以平衡瞬時(shí)向左移動(dòng)。這也就是問題2的答案。

對(duì)于問題1，現(xiàn)換一個(gè)視角進(jìn)行定量分析。以N2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為判斷標(biāo)準(zhǔn)，分析第二次達(dá)到化學(xué)平衡后，相比第一次化學(xué)平衡，反應(yīng)向哪邊移動(dòng)。

初始投料/(mol·L-1) 1 3 0

轉(zhuǎn)化量/(mol·L-1) 0.5 1.5 1

第一次平衡/(mol·L-1) 0.5 1.5 1

加料后/(mol·L-1) 0.5 1.5 3

由于溫度不變，故兩次平衡的平衡常數(shù)相等。

可見，第二次達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，N2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)有所減小。這說明相比第一次達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行。以氫氣或氨氣兩次達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)作為分析標(biāo)準(zhǔn)，同樣可以得出正確的結(jié)論，方法同上。所以，問題1的答案應(yīng)為第二次達(dá)到化學(xué)平衡相比第一次達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，反應(yīng)正向進(jìn)行了，這與用等效平衡進(jìn)行定性分析得出的結(jié)論是一致的。

2.兩種問法的聯(lián)系

這兩個(gè)不同的問法，都可以運(yùn)用定量計(jì)算的方法，有理有據(jù)、嚴(yán)謹(jǐn)縝密地進(jìn)行分析?；瘜W(xué)作為自然科學(xué)，定量計(jì)算更具有說服力。

五、總結(jié)與展望

對(duì)于兩個(gè)很容易混淆的問題，運(yùn)用定量計(jì)算的思維，很容易發(fā)現(xiàn)它們的區(qū)別和聯(lián)系。在人教版化學(xué)教材中，勒夏特列原理被過度強(qiáng)化，而化學(xué)平衡常數(shù)的相關(guān)內(nèi)容被大大縮減。事實(shí)上，化學(xué)平衡常數(shù)是更具有普適性的解題方法，而勒夏特列原理只是定性的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，適用范圍遠(yuǎn)不如化學(xué)平衡常數(shù)更普遍。在國外很多優(yōu)秀教材中，化學(xué)平衡常數(shù)被作為更重要的知識(shí)點(diǎn)，占據(jù)的篇幅遠(yuǎn)超過勒夏特列原理。因此，教師在教學(xué)中，應(yīng)注意提醒學(xué)生勒夏特列原理的適用范圍，以及引導(dǎo)學(xué)生在解決問題時(shí)，更注重化學(xué)平衡常數(shù)的運(yùn)用。相比勒夏特列原理，要把化學(xué)平衡常數(shù)放在更高的優(yōu)先級(jí)上。同時(shí)，在“山窮水盡疑無路”也就是遇到用勒夏特列原理解釋起來比較牽強(qiáng)附會(huì)的問題時(shí)，要換個(gè)角度試一試，運(yùn)用平衡常數(shù)的相關(guān)知識(shí)予以定量計(jì)算，這樣才能“柳暗花明又一村”。