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等效平衡原理探讨

作者: 发布时间:2020-01-22 11:49:53 阅读: 43 次

摘要:化学平衡是高中化学中的重要知识点,其中等效平衡是高中化学中的一个难点。为了突破这一难点,本人结合自己多年的教学实践,对等效平衡的概念及建立过程进行了深入分析,给出了不同情况下等效平衡的建立条件。

关键词:等效平衡  建立  恒温恒容 恒温恒压

化学平衡是高中新课标化学反应原理的重要知识点,等效平衡实质上是对存在的几个化学平衡状态进行的比较,只要几个平衡状态满足一定的共性,我们就认定这几个化学平衡互为等效平衡。本人结合自己的教学实践,就等效平衡原理进行了一定的探讨,兹写出与同行商榷。

一、等效平衡概念:同一可逆反应,从不同的初始状态开始反应,无论反应途径如何,当达到化学平衡时,各相同组分的百分含量(物质的量分数、质量分数、气体体积分数等)均相同,则这几个化学平衡状态是等效化学平衡状态(简称等效平衡)。

说明: 若几个化学平衡除百分含量相同外,各组分的物质的量、质量等所有物理量均相同,即完全相同,则这几个化学平衡是等同平衡(特殊的等效平衡)。

二、等效平衡建立过程:

1、恒温恒容条件下的建立过程:

示例1:500℃,1L的固定密闭容器中发生如下反应

               2SO2+  O2            2SO3

初始投料1:   2mol  1mol           0mol

初始投料2:    0mol  0mol           2mol

初始投料3:    1mol  0.5mol         1mol

三种不同的投料方式最终都要达到化学平衡状态,这几个平衡是何关系呢?

认真分析不难发现:(1)这几种投料硫与氧元素总量相等;

2)我们假定此反应向同一方向进行到底(即进行极限转化),假设都转化为SO2O2,发现SO2O2均为2mol和1mol,这种情况我们称作初始投料相当。

第(2)点也可理解为初始投料相当,只是从不同方向(即分别从正向、逆向、中间正逆向同时)开始反应去建立平衡。

综合以上两点,这三种投料方式实际上元素总量相当,仅从不同方向开始反应,最终必然建立完全相同的平衡状态,即建立等同平衡。

其它可逆反应在恒温恒容下同样符合,因此得出结论1:

在恒温恒容下,对同一可逆反应,只要初始投料相当(即初始投料极限转化为相同物质时物质的量完全相同),则在此条件下建立的几个化学平衡是等效平衡且是等同平衡。

示例2:500℃,1L固定密闭容器中发生如下反应

                H2    +     I2             2HI

初始投料1:    0.5mol     0.5mol         0mol

初始投料2:    1mol       1mol           0mol

初始投料3:    0mol       0mol           3mol

初始投料4:    0mol       0mol           2mol

最终建立的四个化学平衡有何关系呢?

解析:据结论1易知,平衡2与平衡4是等同平衡,关键是寻求平衡1、平衡3与平衡2或4的关系。

初始投料1中,0.5molH20.5molI2最终达平衡1。

初始投料2,可分解成两个初始投料1,最终达两个平衡1,将两个平衡1在500℃压缩到1L密闭容器内达平衡2,依据平衡移动原理,化学平衡不发生移动,故平衡2与平衡1等效。

初始投料3,可分解为三个初始投料1,同理可得出,平衡3与平衡1等效。

以上分析可知,此类可逆反应所达化学平衡不受压强影响,平衡1与平衡2,平衡3与平衡2比较,各组分间比例不变,百分含量不变,只是物质的量,物质的量浓度成倍数增大或减小,故平衡1、平衡2、平衡3、平衡4是等效平衡,其中仅平衡2与4是等同平衡。

其他类似可逆反应在相同条件下也是如此,由此得出结论2:

在恒温恒容下,对反应前后气体分子数不变的同一可逆反应,只要经极限转化后初始投料比相当,则在此条件下建立的几个化学平衡是等效平衡。

2、恒温恒压条件下的建立过程:

示例1:101kPa,500℃,发生如下反应

               2SO2  + O2              2SO3

初始投料1:   1mol  0.5mol           0mol

初始投料2:    2mol  1mol             0mol

初始投料3:    1mol  1mol             0mol

在恒温恒压下最终建立的三个化学平衡有何关系呢?

解析:初始投料1中,1molSO20.5molO2101kPa,500℃达平衡1。

初始投料2,容器中间加可移动隔板就分割成两个初始投料1,最终达两个平衡1,抽取隔板后,各组分浓度、百分含量均不变,故平衡不移动,平衡2与平衡1等效。

初始投料3,其相对初始投料1,增加了氧气浓度,平衡右移,所以平衡3与平衡1、2不等效。

从以上图示分析看出:初始投料1与初始投料2中,SO2O2初始浓度相同即初始投料比相同,在恒温恒压下建立的平衡2与平衡1等效。

其他可逆反应在类似条件下也能建立等效平衡,由此我们得出结论3:

在恒温恒压下,对同一可逆反应,只要经极限转化后初始投料比相当,则在此条件下建立的几个化学平衡是等效平衡。