一道題的反思

摘 要：等效平衡是一個難點，學生難以理解。從個例分析到探究實質(zhì)，幫助學生分層理解運用。

關鍵詞：等效平衡；思考；實質(zhì)；判斷

【題目】在一定溫度、一定壓強條件下，反應2N2（g）+3H2（g）？葑2NH3（g）達到平衡時，N2、H2和NH3的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol和3mol。若保持體系的溫度和壓強不變，對平衡混合物中三者的物質(zhì)的量作如下調(diào)整，可使平衡右移的是（ ）

A.均減半 B.均加倍

C.均增加1mol D.均減少1mol

【探究分析】本題條件是：一定溫度、一定壓強，在此條件下，根據(jù)等效平衡定義，把總初始投料按照方程式計量系數(shù)轉(zhuǎn)化為相應反應物或相應生成物，兩次投料物質(zhì)的量之比一致即為等效平衡狀態(tài)。因此，選項A、B調(diào)整后，三者比例仍為3∶2∶3，為等效平衡狀態(tài)，平衡不移動。C可設想為兩步操作，先加入1molN2、2/3molH2、1molNH3，此時平衡不移動，再加入1/3molH2，增加了反應物濃度，平衡移正向移動。D也可兩步操作，先將N2減少1mol、H2減少2/3mol、NH3減少1mol，此時為等效平衡狀態(tài)，平衡不動，后將H2減少1/3mol，降低了H2濃度，化學平衡向左移動。故選C。

【思考疑問】但學生受一般“等效平衡”即一邊倒，投料比相同的結(jié)論影響，結(jié)合一邊倒法，會這樣分析：當反應2N2（g）+3H2（g）？葑2NH3（g），達到平衡時，N2、H2、NH3的物質(zhì)的量分別為3mol、2mol和3mol，（一邊倒）相當于加入N26mol、H26.5mol；而C項，均增加1mol，相當于（一邊倒）加入N210mol、H212mol，若等效平衡當中加入N28mol、加入H29mol，實際加入H212mol，故應是達到等效平衡時，再加入H23mol，平衡右移，所以平衡右移。但若學生這樣想：加入N210mol、H212mol，加入H212mol若等效平衡，加N2（約）11.1mol，實際加入N210mol，故相當于投料N211.1mol、H212mol，平衡后，應再減少N21.1mol，造成平衡左移。這正好矛盾。

仔細想來，等效平衡建立之初，一邊倒，只是終態(tài)分析（即結(jié)果，為各物質(zhì)含量相等），不研究過程往哪走。實際要達到等效平衡狀態(tài)，可以反應左走（如只加產(chǎn)物），也可以右走（只加反應物）此時Q≠K；要是不走必須Q=K（即各物質(zhì)都是成比例加入，與平衡時各物質(zhì)比相同）。

【進一步思考】因此該題不如運用Q=K的關系解答為好。選項N2、H2中三者比例為3∶2∶3，則改變條件瞬間，若Q=K，則平衡不會移動，即是“等效平衡”狀態(tài)。而C可設想為兩步加入，第一次加入1molN2、1molH2、1molNH3，此時QK，故平衡左移。

【拓展】從等效平衡的建立過程、目的可以看出，等效平衡狀態(tài)只是研究等效的平衡結(jié)果，即物質(zhì)的含量相同。所以，沒有考慮化學平衡的始態(tài)、終態(tài)，這也說明化學平衡與路徑無關。因此平衡態(tài)是標量，而不是矢量。但是化學平衡移動是與化學過程、化學方向緊密相連的，化學平衡移動是一個與方向有關的問題，有大小、有方向，相當于一個矢量問題，當參照點發(fā)生了變化，所以平衡就可能發(fā)生移動。因此等效平衡判斷不了平衡移動方向。

【鞏固強化】

1.利用CO和H2在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的反應如下：CO（g）+2H2（g）？葑CH3OH（g）。在體積一定的密閉容器中按物質(zhì)的量之比1∶2充入CO和H2，測得平衡混合物中CH3OH的體積分數(shù)在不同壓強下隨溫度的變化如圖所示。下列說法正確的是（ ）

A.該反應的ΔH<0，且p1

B.反應速率：v逆（狀態(tài)A）>v逆（狀態(tài)B）

C.在C點時，CO轉(zhuǎn)化率為75%

D.在恒溫恒壓條件下向密閉容器中充入不同量的CH3OH，達平衡時CH3OH的體積分數(shù)也不同

2.已知反應CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），ΔH<0，在一定溫度和壓強下于密閉容器中，反應達到平衡。下列敘述正確的是（ ）

A.升高溫度，K減小

B.減小壓強，n（CO2）增加

C.更換高效催化劑，α（CO）增大

D.充入一定量的氮氣，n（H2）不變

3.一定量的CO2與足量的碳在體積可變的恒壓密閉容器中反應：C（s）+CO2（g）？葑2CO（g），平衡時，體系中氣體體積分數(shù)與溫度的關系如圖所示。下列說法正確的是（ ）

已知：氣體分壓（P分）=氣體總壓（P總）×體積分數(shù)。

A.550℃時，若充入惰性氣體，v正、v逆均減小，平衡不移動

B.650℃時，反應達平衡后CO2的轉(zhuǎn)化率為25.0%

C.T℃時，若充入等體積的CO2和CO，平衡向逆反應方向移動

D.925℃時，用平衡分壓代替平衡濃度表示的化學平衡常數(shù)Kp=24.0P總

利用CO和H2在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的反應如下：CO（g）+2H2（g）？葑CH3OH（g）。

參考文獻：

鐘輝生.等效平衡能用來判斷平衡移動方向嗎[J].中學化學，2014（1）.

作者簡介：申延輝（1975—），男，漢，山東省日照市，化學教師，職稱：中一，研究方向：化學教育教學、學生管理。

編輯 杜元元