化学平衡知识是一大热点,有关化学平衡的试题在各地高考题中时有出现。而化学平衡的学习在中学教学实践中是一个难点,让教师和学生感到困难重重,下面结合多年的教学体会,谈谈在教学中如何利用等同平衡和等效平衡突破这一教学难点,力求能对大家能有所启示。
一、等同平衡原理和等效平衡原理
相同条件下,同一可逆反应体系,无论从正反应开始,还是从逆反应开始,只要按照化学方程式中的化学计量数之比投入反应物或生成物,则平衡时各物质的物质的量相同,即这两个平衡状态完全相同,我们可以称之为等同平衡。
若改变平衡体系的一个条件后,平衡不发生移动,两个平衡状态中各物质的物质的量分数相同(物质的量不一定相同),那么这两个平衡状态也可以称之为等效平衡。
例1.一定温度下,在一个容积恒定的容器中,充入2molA和1molB,发生如下反应:2A(g)+B(g)xC(g)。达到平衡后,C的物质的量为Wmol。若维持容器的体积和温度不变,按起始的物质的量0.6molA、0.3molB和1.4molC充入容器后达到平衡,C的物质的量仍为Wmol,则x()
A.只能为2B.只能为3C.可能为2,也可能为3D.不能确定
(变形1)将例1中“C的物质的量为Wmol”改为“C的体积分数为W%”
分析:两次平衡中C的物质的量相等,说明两次平衡状态完全相同,即第二次填充的物质若完全转化为填充A、B的形式,其物质的量应与第一次填充相同。所以例1的正确选项应为A。
两次平衡中C的体积分数相等,为等效平衡,除例1所举的情况外,x=3时,反应前后气体的物质的量相等,改变压强,平衡不移动,故也符合题意。所以变形1的正确选项应为C。
二、恒容容器和恒压容器中改变压强对平衡的影响
在恒温恒容(容积不变)的密闭容器中,改变压强,若反应前后气体的物质的量相等,则为等效平衡;若反应前后气体的物质的量不相等,则平衡将向能够减弱压强改变的方向移动。
在恒温恒压(容积可变)的密闭容器中,平衡的移动一般只考虑浓度的改变。若两次填充的各物质物质的量之比相等,则两次填充各物质的浓度相等(因为体积可变),所以这两个平衡为等效平衡;若两次填充的各物质的物质的量之比不相等,则需要考虑浓度改变对平衡的影响。
例2.某温度下,向固定容积的密闭容器中充入3LA气体和2LB气体,发生如下反应:3A(g)+2B(g)→2C(g)+2D(g)。达到平衡时,C的体积分数为p%。若维持温度不变,再向容器中充入3LA气体和2LB气体,重新达到平衡时,C的体积分数()
A.>p%B.
(变形1)将例2中反应改为“3A(g)+2B(g)→C(g)+4D(g)”
(变形2)将例2中“固定容积”改为“容积可变”
(变形3)将变形1中“固定容积”改为“容积可变”
分析:容器体积固定,第二次填充后压强增大,平衡向气体物质的量减小的方向移动,所以例1的正确选项为A。变形1中压强增大平衡不移动。所以变形1的正确选项为C。
容器体积可变,两次填充各物质的浓度相同,为等效平衡。所以变形2、变形3的正确选项都为C。
三、例解高考平衡试题
例3.(2004年天津理综第13题)一定条件下,向一带活塞的密闭容器中充入2molSO2和1molO2,发生下列反应:2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)。达到平衡后改变下述条件,SO3气体平衡浓度不改变的是()
A.保持温度和容器体积不变,充入1molSO3(g)
B.保持温度和容器内压强不变,充入1molSO3(g)
C.保持温度和容器内压强不变,充入1molO2(g)
D.保持温度和容器内压强不变,充入1molAr(g)
分析:A中为恒容容器,充入SO3,压强增大,平衡正向移动,SO3平衡浓度增大;B中为恒压容器,充入SO3后,两平衡为等效平衡;C中充入O2,平衡正向移动,SO3平衡浓度增大;D中为恒压容器,充入Ar后,容器体积增大,压强减小,平衡逆向移动,SO3平衡浓度减小。所以本题的正确选项应为B。
例4.(2003年全国理综第12题)某温度下,在一容积可变的容器中,反应2A(g)+B(g)2C(g)达到平衡时,A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变,对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整,可使平衡右移的是()
A.均减半B.均加倍C.均增加1molD.均减少1mol
分析:容器为恒压容器,A、B调整后各物质浓度未变,为等效平衡;C中A、B、C的物质的量分别调整为5mol、3mol、5mol,而与原平衡等效的填充应为5mol、2.5mol、5mol,即增加了0.5molB,平衡应右移;选项D中A、B、C的物质的量分别调整为3mol、1mol、3mol,而与原平衡等效的填充应为3mol、1.5mol、3mol,即减少了0.5molB,平衡应左移。所以本题的正确选项应为B。
通过掌握平衡的基本特征和平衡移动的基本原理,深刻理解等同平衡和等效平衡,可以达到思路清晰、方法易学、化繁为简的目的,便于学生更好的掌握化学平衡的有关知识,在各级测试中都取得了良好的效果。
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