解析兩道化學(xué)平衡的復(fù)習(xí)題

陳宗芳

題（一） 如圖所示：A中有可自由移動(dòng)的活塞，先向B中充入2molX和2molY，關(guān)閉開(kāi)關(guān)K，再向A中充入1molX和1molY。起始時(shí)A、B的體積都為aL。在相同溫度和催化劑存在的條件下，兩容器中都開(kāi)始發(fā)生如下反應(yīng)：

X（g）+Y（g） 2Z（g）+W（g），

反應(yīng)達(dá)到平衡（Ⅰ）時(shí)，A的體積1.2aL，

則請(qǐng)回答下述問(wèn)題：

（1）A中X的轉(zhuǎn)化率α（X）A為 ；

（2）A、B中X的轉(zhuǎn)化率比較：α（X）A α（X）B（填“>”“<”或“=”）；

（3）打開(kāi)K后，保持恒溫度不變，在達(dá)到平衡（Ⅱ）時(shí)，A點(diǎn)體積約為 （用a的代數(shù)式，連通管中氣體體積忽略不計(jì)）。

解析：從題給信息可知：A容器進(jìn)行的反應(yīng)過(guò)程是恒溫恒壓的過(guò)程，而B容器進(jìn)行的反應(yīng)達(dá)到平衡過(guò)程是恒溫恒容的情況。

第（1）問(wèn)答案設(shè)計(jì)阿伏伽德羅定律推論：T、P相同時(shí)，則 = 分析如下：

A容器：X（g）+Y（g） 2Z（g）+W（g）

n始/mol 1 1 0 0

n變/mol b b 2b b

n平/mol 1-b 1-b 2b b

則有： =

即得 =

解之得b=0.4mol

則α（X）A= ×100%=40%

第（2）問(wèn)答案分析：該可逆反應(yīng)的特點(diǎn)是氣體體積擴(kuò)大的反應(yīng)，且B容器中充入氣體初始總量是A容器中的初始總量的2倍。如果B容器中也是在恒溫恒壓下開(kāi)始反應(yīng)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，則A、B兩容器中平衡狀態(tài)互為“等效平衡”，那么α（X）′B=α（X）A，但實(shí)際B容器中在恒溫恒容下達(dá)到平衡狀態(tài)（Ⅰ）B；又因?yàn)樵摽赡娣磻?yīng)的特點(diǎn)是氣體分子數(shù)增多的反應(yīng)，若平衡狀態(tài)（Ⅰ）′B變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)（Ⅰ）B時(shí)，必須壓縮容器的體積即增壓過(guò)程，而增大壓強(qiáng)，該平衡向左移動(dòng)了，即增壓不利于可逆反應(yīng)，則α（X）B<α（X）′B=α（X）A

第（3）問(wèn)答案涉及規(guī)律：恒溫恒壓下，如果反應(yīng)物初始投入“物質(zhì)的量”比相同時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)兩平衡互為“等效平衡”，會(huì)有“平衡濃度”“轉(zhuǎn)化率”“平衡組合含量”相同，但“絕對(duì)量”不同。

分析如下，若打開(kāi)開(kāi)關(guān)K后，重新達(dá)到平衡（Ⅱ）相當(dāng)于初始量投入3molX和3molY在恒溫恒壓達(dá)到平衡（Ⅱ）。因?yàn)锳容器初始投入1molX和1molY達(dá)到平衡（Ⅰ）時(shí)，容器A的容積為1.2aL。按上述規(guī)律：則有 = （恒溫恒壓下）解之得V（總）=3.6aL因?yàn)楣潭ㄈ萜鰾容器的容積為aL，那么可變?nèi)萜鰽的容積在達(dá)到平衡狀態(tài)（Ⅱ）時(shí)為3.6aL-aL=2.6aL（說(shuō)明：V（總）代表A、B兩容器的總?cè)莘e）

題（二） 如圖所示：當(dāng)關(guān)閉開(kāi)關(guān)K時(shí)，向A中充入1molX和1molY，向B中充入2molX和2molY，起始時(shí)V（A）=V（B）=aL。在相同溫度和催化劑存在的條件下，兩容器中各自發(fā)生下列反應(yīng)：

2X（g）+2Y（g） Z（g）+2W（g），△H<0

達(dá)到平衡（Ⅰ）時(shí)，V（B）平=0.8aL，

請(qǐng)回答下述問(wèn)題：

（1）B中X的轉(zhuǎn)化率α（X）B為 ；

（2）A中W和B中Z的物質(zhì)的量比較：n（Z）B n（W）A（填“>”“<”或“=”）；

（3）打開(kāi)K，過(guò)一段時(shí)間重新達(dá)到平衡（Ⅱ）時(shí)，A和B的總體積為 （用a的代數(shù)式，連通管中氣體體積忽略不計(jì)）。

解析：題（二）與題（一），內(nèi)容形式相似，但反應(yīng)特點(diǎn)及容器的代號(hào)恰好相反，實(shí)質(zhì)相同。A容器進(jìn)行的反應(yīng)是恒溫恒容的反應(yīng)，而B容器中進(jìn)行反應(yīng)的過(guò)程是恒溫恒壓的過(guò)程。注意投入初始量也相反。因此第（1）問(wèn)分析如下：

B容器中：2X（g）+2Y（g） Z（g）+2W（g）

n始/mol 2 2 0 0

n變/mol 2b 2b b 2b

n平/mol 2-2b 2-2b b 2b

則有： =

即得 =

解之得b=0.8mol

則α（X）B= ×100%=80%

第（2）問(wèn)答案分析：先假設(shè)A容器與B容器一樣先進(jìn)行恒溫恒壓下反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)（Ⅰ）′A時(shí)，此時(shí)A、B兩容器平衡狀態(tài)（Ⅰ）互為“等效平衡”，由于B容器中充入氣體初始量是A容器中的初始量的2倍，則B容器Z、W平衡量是A容器中Z、W的平衡時(shí)物質(zhì)的量的2倍，但由化學(xué)方程式可知，B容器中Z的平衡時(shí)物質(zhì)的量與A容器中的W的物質(zhì)的量相等。即n（Z）B平=n（W）′A平，但A容器中實(shí)際在恒溫恒容下達(dá)到平衡狀態(tài)（Ⅰ）A；又因?yàn)樵摲磻?yīng)是氣體總分子數(shù)減少的反應(yīng)，達(dá)到平衡（Ⅰ）A時(shí)，體系總壓強(qiáng)減小，若平衡狀態(tài)（Ⅰ）′A變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)（Ⅰ）A，容器A容積必然擴(kuò)大，即減壓。對(duì)該反應(yīng)的平衡來(lái)說(shuō)，該平衡向左移動(dòng)了，即減壓不利于該反應(yīng)，則n（Z）B平=n（W）′A平>n（W）A平

第（3）問(wèn)答案分析：由于B容器中初始投入量2molX和2molY達(dá)到平衡（Ⅰ）時(shí)，V（B）=0.8aL，那么打開(kāi)開(kāi)關(guān)K后，相當(dāng)于恒溫恒壓下3molX和3molY投入量達(dá)到平衡（Ⅱ）。按前述規(guī)律分析：此時(shí)容器A和B總體積為

=

解之得V（總）= ×0.8aL=1.2aL（說(shuō)明：V（總）代表A、B兩容器的總?cè)莘e）

通過(guò)這兩道相似的復(fù)習(xí)題的解析告訴同行，有比較才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，即俗語(yǔ)：“換‘湯不換‘藥”。

編輯 李建軍