一道题的反思

时间：2024-06-03

摘要：等效平衡是一个难点，学生难以理解。从个例分析到探究实质，帮助学生分层理解运用。

关键词：等效平衡；思考；实质；判断

【题目】在一定温度、一定壓强条件下，反应2N2（g）+3H2（g）？葑2NH3（g）达到平衡时，N2、H2和NH3的物质的量分别为3mol、2mol和3mol。若保持体系的温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量作如下调整，可使平衡右移的是（）

A.均减半 B.均加倍

C.均增加1mol D.均减少1mol

【探究分析】本题条件是：一定温度、一定压强，在此条件下，根据等效平衡定义，把总初始投料按照方程式计量系数转化为相应反应物或相应生成物，两次投料物质的量之比一致即为等效平衡状态。因此，选项A、B调整后，三者比例仍为3∶2∶3，为等效平衡状态，平衡不移动。C可设想为两步操作，先加入1molN2、2/3molH2、1molNH3，此时平衡不移动，再加入1/3molH2，增加了反应物浓度，平衡移正向移动。D也可两步操作，先将N2减少1mol、H2减少2/3mol、NH3减少1mol，此时为等效平衡状态，平衡不动，后将H2减少1/3mol，降低了H2浓度，化学平衡向左移动。故选C。

【思考疑问】但学生受一般“等效平衡”即一边倒，投料比相同的结论影响，结合一边倒法，会这样分析：当反应2N2（g）+3H2（g）？葑2NH3（g），达到平衡时，N2、H2、NH3的物质的量分别为3mol、2mol和3mol，（一边倒）相当于加入N26mol、H26.5mol；而C项，均增加1mol，相当于（一边倒）加入N210mol、H212mol，若等效平衡当中加入N28mol、加入H29mol，实际加入H212mol，故应是达到等效平衡时，再加入H23mol，平衡右移，所以平衡右移。但若学生这样想：加入N210mol、H212mol，加入H212mol若等效平衡，加N2（约）11.1mol，实际加入N210mol，故相当于投料N211.1mol、H212mol，平衡后，应再减少N21.1mol，造成平衡左移。这正好矛盾。

仔细想来，等效平衡建立之初，一边倒，只是终态分析（即结果，为各物质含量相等），不研究过程往哪走。实际要达到等效平衡状态，可以反应左走（如只加产物），也可以右走（只加反应物）此时Q≠K；要是不走必须Q=K（即各物质都是成比例加入，与平衡时各物质比相同）。

【进一步思考】因此该题不如运用Q=K的关系解答为好。选项N2、H2中三者比例为3∶2∶3，则改变条件瞬间，若Q=K，则平衡不会移动，即是“等效平衡”状态。而C可设想为两步加入，第一次加入1molN2、1molH2、1molNH3，此时QK，故平衡左移。

【拓展】从等效平衡的建立过程、目的可以看出，等效平衡状态只是研究等效的平衡结果，即物质的含量相同。所以，没有考虑化学平衡的始态、终态，这也说明化学平衡与路径无关。因此平衡态是标量，而不是矢量。但是化学平衡移动是与化学过程、化学方向紧密相连的，化学平衡移动是一个与方向有关的问题，有大小、有方向，相当于一个矢量问题，当参照点发生了变化，所以平衡就可能发生移动。因此等效平衡判断不了平衡移动方向。

【巩固强化】

1.利用CO和H2在催化剂的作用下合成甲醇，发生的反应如下：CO（g）+2H2（g）？葑CH3OH（g）。在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图所示。下列说法正确的是（）

A.该反应的ΔH<0，且p1

B.反应速率：v逆（状态A）>v逆（状态B）

C.在C点时，CO转化率为75%

D.在恒温恒压条件下向密闭容器中充入不同量的CH3OH，达平衡时CH3OH的体积分数也不同

2.已知反应CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g），ΔH<0，在一定温度和压强下于密闭容器中，反应达到平衡。下列叙述正确的是（）

A.升高温度，K减小

B.减小压强，n（CO2）增加

C.更换高效催化剂，α（CO）增大

D.充入一定量的氮气，n（H2）不变

3.一定量的CO2与足量的碳在体积可变的恒压密闭容器中反应：C（s）+CO2（g）？葑2CO（g），平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是（）