化學平衡：向左還是向右？

顏建河

化學平衡狀態(tài)的判定是歷年高考的重點，在高考復習中，考生需要明確達到化學平衡狀態(tài)的標志，并能理解化學平衡的判定途徑及解題對策。以下為幾條判斷平衡狀態(tài)的途徑。

途徑之一：正反應速率與逆反應速率相等

1.反應體系中，同一反應物或同一生成物的生成速率與消耗速率相等，使這種物質的濃度保持不變，則反應達到化學平衡狀態(tài)。這是化學平衡的實質。

2.反應體系中，若某反應物的正反應速率與某生成物的逆反應速率之比等于化學方程式的計量數之比，則可以推斷該反應物（或生成物）的正、逆反應速率相等，反應達到化學平衡狀態(tài)。

3.反應體系中，若同一物質的斷裂化學鍵的物質的量與形成化學鍵的物質的量相等，則反應達到平衡狀態(tài)。

例1 可逆反應N2+3H22NH3的正、逆反應速率可用各反應物或生成物濃度的變化來表示。下列各關系中能說明已達到平衡狀態(tài)的是（）

A. 3v正（N2）=v正（H2）

B. v正（N2）=v逆（NH3）

C. 2v正（H2）=3v逆（NH3）

D.v正（N2）=3v逆（H2）

分析與解答：選項A、D不是針對同一反應物，且反應物與生成物的反應速率不等于化學計量數之比，所以不能說明反應已達平衡，錯誤；選項B、C可從反應物的正反應速率與生成物的逆反應速率之比等于化學方程式的計量數之比進行判定，即

v正（N2）∶v逆（NH3）=1∶2，v正（H2）∶v逆（NH3）=3∶2，所以選項C正確。

【答案】C

途徑之二：反應混合物中各組分的濃度保持不變

當每一種反應物和每一種生成物的物質的量濃度、物質的量、轉化率各自保持一定，則反應達到平衡。

例2在一定溫度下，可逆反應A（g）+3B（g）2C（g）達到平衡的標志是（ ）

A. C的生成速率與C的分解速率相等

B.單位時間生成n molA，同時生成3n molB

C. A、B、C的濃度不再變化

D. A、B、C的分子數之比為1∶3∶2

分析與解答：選項A，同一種物質的生成速率與分解速率相等，正確；選項B所指的是同一反應方向，且不是針對同一反應物，錯誤；選項C，A、B、C的濃度不再變化，正確；選項D所指的是同一反應方向，不能作為平衡判定的標志，錯誤。

【答案】A、C

途徑之三：特定類型可逆反應的平衡判定訣竅

1. 對于A（g）+3B（g）2C（g）類型的可逆反應，可從下面四點判定反應是否達到平衡狀態(tài)：

（1）當體系中的總物質的量不隨時間變化時， v正=v逆，則可判定反應達到平衡狀態(tài)。

（2）恒溫恒容時，體系的總壓強不發(fā)生變化，反應處于平衡狀態(tài)。

（3）恒溫恒壓時，體系的總體積不發(fā)生變化，反應處于平衡狀態(tài)。

（4）混合氣體的平均摩爾質量不發(fā)生變化，反應處于平衡狀態(tài)。

2. 對于A（g）+B（g）2C（g）類型的可逆反應，無論反應從哪個方向進行，或者已經處于平衡狀態(tài)，體系中的總物質的量、體系的總壓強都不發(fā)生變化，但v正不一定等于v逆，這種情況下不能確定反應是否達到平衡狀態(tài)。

例3某溫度下，在容積可變的容器中，反應2A（g）+B（g）2C（g）達到平衡時，A、B和C的物質的量分別為4 mol、2 mol和4 mol。保持溫度和壓強不變，對平衡混合物中三者的物質的量作如下調整，可使平衡右移的是（）

A. 均減半

B. 均加倍

C. 均增加1 mol

D. 均減少1 mol

分析與解答：在恒溫恒壓下，當體系物質的量之比不變時，該平衡是不移動的，可排除選項A、B； A、B和C各增加（或減少）1 mol，相當于增大（或減?。┓磻顱的量，則平衡右移（或左移），選項C正確。

【答案】C

3. 同一可逆反應，從不同的狀態(tài)開始，只要達到平衡時條件（溫度、壓強、濃度等）完全相同，則可形成等效平衡。

（1）對于一個可逆反應，只要條件固定，可逆反應無論從正反應還是從逆反應開始，平衡時反應混合物中各組分的濃度保持不變。

（2）若可逆反應是從某種中間狀態(tài)開始，則可根據化學方程式的化學計量數之比，將生成物的濃度換算成反應物的消耗濃度，推算出反應開始時反應物的濃度。

（3）若兩次反應開始時的條件完全相同，則反應可達到同一平衡狀態(tài)，即平衡時各物質的濃度相同。

（4）對于xA（g）+yB（g）zC（g）+wD（g）（起始量為n molA和m molB）的可逆反應來說，依據“起始量=剩余量+轉化量”關系，只要各物質量的關系符合下列等式，反應都可達到與上述平衡相同的狀態(tài)，即：

①n（A） +n（C）=n；②n（B）+n（D）=m；③n（A）+n（D）=n；④n（B）+n（C）=m。

例4在一個固定體積的密閉容器中加入2 molA和1 molB，發(fā)生反應2A（g）+B（g）3C（g）+D（g），達到平衡時，C的濃度為W mol·L-1。若維持容器的體積和溫度不變，按下列4種方法改變起始物質，達到平衡后C的濃度仍為W mol·L-1的是（）

A. 4 molA+2 molB

B. 2 molA+1 molB+3 molC+1 molD

C. 3 molC+1 molB+1 molD

D. 3 molC+1 molD

分析與解答：在相同條件下，可逆反應無論從正反應還是逆反應開始，都能達到相同的平衡狀態(tài)。利用極值法，假設A、B100%轉化（其實不可能），生成3 molC和1 molD，由此可知從（2 molA+1 molB）開始反應與從（3 molC+1 molD）開始反應是一樣的，即只要滿足n（A）+2/3n（C）=2 和n（B）+n（D）=1或n（A）+2n（D）=2 和n（B）+1/3n（C）=1的條件，就符合題意。選項A，從反應物開始轉化，相當于增大反應物的濃度，平衡向右移動，不符合題意；選項B，從產物開始轉化，相當于增大反應物濃度，平衡向右移動，不符合題意；選項C，從產物開始轉化，相當于增大反應物B的濃度，平衡向右移動，不符合題意；選項D，從產物開始轉化，與起始反應物投料等效，平衡不移動，D正確。

【答案】D

例5在一定溫度下，把2 molSO2和1 molO2通入一個固定容積的密閉容器里，發(fā)生如下反應：2SO2+O22SO3。當此反應進行到一定程度時，反應處于平衡狀態(tài)?，F維持該容器中溫度不變，令a、b、c分別代表初始加入的SO2、O2和SO3的物質的量，如果a、b、c取不同的數值，它們必須滿足一定的相互關系，才能保證達平衡時，反應混合物中的三種氣體的百分含量仍跟上述平衡完全相同。請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

（1）若a=0，b=0，則c=_____。

（2）若a=0.5，則b=_____，c=______。

（3）a、b、c取值必須滿足的一般條件是（請用兩個方程式表示，其中一個只含a和c，另一個只含b和c）_________________。

分析與解答：根據化學平衡的特征可知，相同條件下的可逆反應達到平衡狀態(tài)，從反應物開始或從生成物開始都是相同的。從這一原理出發(fā)，假定所加入的各物質都完全反應（用極限轉換法，即將反應極端地視為不可逆反應，從而求出某物質的量的極大值或極小值），恢復到反應物的初始狀態(tài)，再應用“等量代換”的方法得到答案。

根據題意知，原平衡是由2 molSO2和1 molO2開始的，倘若反應從逆反應開始，就需在同樣大小的容器加入2 molSO3，因為2 molSO3完全分解將生成2 molSO2和1 molO2，與原來完全相同。從反應材料看，原來容器中是2 molSO2和1 molO2，共有2 molS，6 molO；從逆反應看，2 molSO3中也包含了2molS，6 molO。則有：

（1）若a=0，b=0，則反應從生成物開始，要達到相同的平衡狀態(tài)，c必須等于2。

（2）若a=0.5，且a∶b=2∶1，則b=0.25 mol， 0.5 molSO2與0.25 molO2完全反應，相當于0.5 molSO3完全分解，則容器中充入SO3的量應為c=（2 mol-0.5 mol）=1.5 mol。

（3）從題給可逆反應及題中條件得出如下轉化關系：

2SO2 + O22SO3

起始態(tài)物質的量（mol）210

中間態(tài)物質的量（mol）abc

變化量（mol）cc/2 c

根據上述關系可知，c molSO3分解，相當于c molSO2、c/2 molO2反應，則有a+c=2；又因a=2b， b+c/2=1，則可得2b+c=2。

【答案】（1）2

（2）0.25 mol1.5 mol

（3）a+c=2，2b+c=2