平衡移動時體積分數(shù)或平均相對分子質量變化的探討

湖北 羅華榮 彭曉玲

1.問題引入

( )

(1)1.4 MPa

(2)2.1 MPa

A.同溫同壓同z時，加入催化劑，平衡時Q的體積分數(shù)增加

B.同壓同z時，升高溫度，平衡時Q的體積分數(shù)增加

C.同溫同z時，增加壓強，平衡時Q的體積分數(shù)增加

D.同溫同壓時，增加z，平衡時Q的體積分數(shù)增加

【參考答案】B

【分析】本題考查了平衡移動原理的應用。A選項，加入催化劑只能改變反應速率，不會使平衡移動，A選項錯誤；B選項，由圖象(1)可知隨著溫度的升高，M的體積分數(shù)降低，說明正反應吸熱，所以溫度升高后平衡正向移動，Q的體積分數(shù)增加，B選項錯誤；C選項，對比圖(1)(2)可以看出相同溫度時，壓強增大，M的體積分數(shù)增大，所以正反應是氣體體積縮小的反應，增大壓強Q的體積分數(shù)減小，C選項錯誤；同溫同壓時，增加N或減少M可使z增大，增加N則平衡正向移動，減少M則平衡逆向移動，故Q的體積分數(shù)可能增加，也可能減小，D選項也錯誤。

2.質疑

顯然，本題對應圖象分析溫度或壓強的變化導致M的體積分數(shù)y(M)變化，并由M的體積分數(shù)y(M)的變化直接判定了平衡移動的方向：平衡正向移動y(M)減小，平衡逆向移動y(M)增大，進而分析出該反應的熱效應及反應前后化學計量數(shù)之和的大小。對于反應前后氣體體積不相等的可逆反應，若溫度或壓強改變引起平衡向正(逆)反應方向移動，其結果一定是生成物體積分數(shù)增大(減小)，反應物氣體體積分數(shù)減小(增大)嗎？

3.建模分析

4.結論

對有氣體參加的可逆反應，通過壓強或溫度的改變讓平衡移動后，若某氣體組分的物質的量與氣體總物質的量變化趨勢相同，則該氣體的體積分數(shù)可能增大，可能減小，亦可能不變。不能錯誤地認為，平衡向正反應方向移動，就是生成物在反應混合物里的體積分數(shù)增大了；若平衡向逆反應方向移動，就是生成物的體積分數(shù)減小了。本題從題給圖中M的體積分數(shù)y(M)的變化并不能判定平衡移動的方向，同樣由平衡移動的方向也并不能斷定M的體積分數(shù)y(M)的變化。這種想當然地理解體積分數(shù)變化與平衡移動方向關系的錯誤認知有待糾正。

5.拓展

混合氣體平均相對分子質量變化的判斷也應遵循這種情況，氣體的質量與氣體物質的量同為增大或減小趨勢時，混合氣體平均相對分子質量可能增大，可能減小，亦可能不變。

即增大壓強平衡向正反應方向移動時，運用數(shù)學模型一可知：

①當M(前)=30時，M(前)=M(后)，即原氣體平均相對分子質量等于30時，混合氣體的平均相對分子質量不變；

②當M(前)>30時，M(前)

③當M(前)<30時，M(前)>M(后)，即原氣體平均相對分子質量小于30時，混合氣體的平均相對分子質量減小。

同理，若減小壓強平衡向逆反應方向移動時，則運用數(shù)學模型二也容易得出相應的結論。

6.應用示例

( )

①混合氣體的密度；②容器內氣體的壓強；③混合氣體的總物質的量；④B物質的量濃度；⑤混合氣體的平均相對分子質量；⑥A的轉化率。

【答案】①②③④⑥

( )

A

B

C

D

【答案】A

( )

A.容器內CO2的體積分數(shù)不再變化

B.CO2和H2轉化率的比值不再變化

C.水分子斷裂2NA個O—H鍵，同時氫分子中斷裂3NA個H—H鍵

D.容器內混合氣體的平均相對分子質量為34.5，且保持不變

【答案】C