巧用模型解決復(fù)雜的等效平衡問題

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當(dāng)兩個影響化學(xué)平衡的條件同時變化時，化學(xué)平衡的移動方向常因變化不一致導(dǎo)致大家難以分析。根據(jù)勒夏特列原理建立問題解決模型——并盒法，可以輕松地解決這種等效平衡問題。

一、問題的界定與研究

當(dāng)探究兩個變量對化學(xué)平衡移動的影響時，如果影響是同向的，則可用勒夏特列原理疊加解決。如果影響是異向的，就難以判斷移動的方向及其他變量的變化。不過作者根據(jù)多年的經(jīng)驗研究總結(jié)出的“并盒法”，可以巧妙解決這一問題。

二、思維建模

1.一定溫度下，將分批加入反應(yīng)物或生成物的反應(yīng)看成先獨(dú)立達(dá)到等效平衡，然后再合并。

2.對于同一個可逆反應(yīng)，若有兩種不同的狀態(tài)，其充入的反應(yīng)物或生成物或反應(yīng)物和生成物同時按照化學(xué)方程式“一邊倒全部”轉(zhuǎn)化為同一方向的物質(zhì)時，對應(yīng)物質(zhì)的濃度等量相等或比例相同，形成等效平衡。這兩種不同狀態(tài)為相同的“極端狀態(tài)”。

3.將兩種有相同“極端狀態(tài)”的容器在一定條件下合并，研究平衡移動的方向。首先考慮該種方式合并是否導(dǎo)致各物質(zhì)濃度的變化。如果濃度不變，則合并結(jié)果與原平衡等效。如果濃度增大，則相當(dāng)于增壓，平衡將向壓強(qiáng)減小的方向移動，其他變量隨之變化(對于氣體Δn=0的反應(yīng)合并后各物質(zhì)濃度增大，但平衡不移動)。

以上的建模稱之為“并盒法”。

三、應(yīng)用示例

1.恒溫、恒容下再次充入反應(yīng)物或生成物(Δn≠0)。

例1將amolPCl5充入一恒容的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)，在恒溫下達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，PCl5的轉(zhuǎn)化率為α1。保持溫度不變，再次向該容器中充入amolPCl5(g)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，PCl5的轉(zhuǎn)化率為α2。則α1和α2的大小關(guān)系是___。

分析：先向恒溫、恒容的兩個容器中各充入amolPCl5發(fā)生反應(yīng)，獨(dú)立達(dá)到平衡時，形成等效平衡，此時PCl5的轉(zhuǎn)化率相同。再在恒溫、恒容條件下，合二為一，相當(dāng)于將容器壓縮為原來的一半，則加壓平衡逆向移動，PCl5的轉(zhuǎn)化率減少(如圖1)。故α1＞α2。

圖1

2.恒溫、恒壓下再次充入反應(yīng)物或生成物(Δn≠0)。

例2將amolPCl5充入一恒溫、恒壓的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)PCl5(g)PCl3(g)+Cl2(g)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，PCl5的轉(zhuǎn)化率為α1。保持條件不變，再次向該容器中充入amolPCl5(g)，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，PCl5的轉(zhuǎn)化率為α2。則α1和α2的大小關(guān)系是___。

分析：在增加PCl5物質(zhì)的量的同時擴(kuò)大了體積，變量的變化不清楚，無法用勒夏特列原理解決，可以用“并盒法”解決，得出α1=α2。

3.恒溫、恒容下再次充入反應(yīng)物或生成物(Δn=0)。

例3將amolHI充入一恒容的密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)2HI(gH2(g)+I2(g)，在恒溫下達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，HI的轉(zhuǎn)化率為α1。保持溫度不變，再次向該容器中充入amolHI，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，HI的轉(zhuǎn)化率為α2。則α1和α2的大小關(guān)系是___。

分析：在恒溫、恒容條件下，合二為一，相當(dāng)于將容器壓縮為原來的一半，但因為Δn=0，所以平衡不移動，故α1=α2。若將“恒溫、恒容”改為“恒溫、恒壓”，答案還是α1=α2。