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解决化学平衡问题的两种方法化学平衡研究的对象是可逆反应,所以一旦反应开始,体系中反应物和生成物的浓度均不能为零。因此,在研究化学平衡问题时,我们常采用极端假设和过程假设的方法。这两种方法对于等效平衡的问题研究尤为实用。所谓等效平衡是指:对于在两个不同容器中发生的同一可逆反应,如果体系中各组分的百分含量均相等,则称这两个容器中的平衡状态为等效平衡状态。下面分别说明两种假设分析方法的用法。一、恒温、恒容时等效平衡1、对于aA(g)+bB(g)mC(g)+nD(g) (a+b不等于m+n)的反应,若在此条件下达到等效平衡状态,我们称之为 “完全等效平衡”。如对于2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),在下列三个恒温、恒容容器中按起始物质的量发生上述反应:平衡后的结果(以三体系中的SO2为例)为n(SO2)相同;C(SO2)相同;SO2%相同。例1若取amol SO2、bmolO2 、cmol SO3置于上述容器中,保持温度和容积与上述相同,达平衡后与上述结果等效,则a、b、c应满足的条件是 。解析根据相同条件下可逆反应里,无论从反应物开始还是从生成物开始,只要起始状态相当,达到的平衡就是等效平衡。上述反应中为完全等效平衡,采用极端假设法来分析,假设c mol SO3 全部反应掉,则体系中组分一定变为2molSO2和1molO2,则有a +c=2;2b+c=2。这种方法又叫“一边倒”。但这是应该注意,“一边倒”只是假设,而一旦反应开始,体系中反应物和生成物的浓度均不能为零,视为“不为零”。例2在一个密闭容器中发生如下反应:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),反应过程某一时刻SO2、O2、SO3的浓度均为0.2molL-1,反应达到平衡时,可能的数据是A、C(SO2)=0.4molL-1 B、C(SO2)=C(SO3)=0.15molL-1C、C(SO2)=0.25molL-1 D、C(SO2)+C(SO3)=0.4molL-1解析根据题意反应不可能进行到底,所以A项错,而根据元素守恒,体系中的S元素为0.4mol,所以B项错,根据可逆反应的原理和元素守恒,答案选C、D。2、对于aA(g)+bB(g) mC(g)+nD(g) (a+b=m+n)的反应,若在恒温、恒容状态下达到平衡,只要求对应的物质比例相同即可,称之为“不完全等效平衡”。如对于I2(g) + H2(g) 2HI(g),再三个恒温、恒容容器中发生上述反应:平衡后的结果(以体系中的HI为例)为HI%相同;n(HI)不同;C(HI)不同。那么,上述容器中的平衡状态为什么可以是等效平衡呢?我们就用过程假设法(放缩法)来研究:虽然要求是在恒温、恒容状态下进行反应,我们假设容器容积为V,而对于容器,我们先假设开始时其容积为2V,如图所示,将容器分割成两部分,则结果为三个体积均为V的容器中互为完全等效平衡;然后将容器的体积压缩到V,由于左右两端气体系数相等,所以过程中平衡不移动,两个容器中的HI%相等,则原来和容器中形成的为等效平衡。同理,容器和中也为等效平衡。例3若取amol I2、bmolH2 、cmol HI置于上述容器中,保持温度和容积与上述相同,达平衡后与上述结果等效,则a、b、c应满足的条件是 。解析运用极端假设Cmol HI完全反应掉,结果中的n(I2):n(H2)=2:1则有(a + c/2):(b + c/2)=2:1,得2a = 4b + c。二、恒温、恒压时等效平衡对于aA(g)+bB(g) mC(g)+nD(g)反应,无论(a+b)与(m+n)相等还是不相等,此类平衡问题的分析方法与恒温、恒容时等效平衡的第二种情况均类似(即为一种不完全等效平衡)。如2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),在恒温恒压时以下三个容器中反应,运用过程假设可分析得知,三容器中互为等效平衡(方法同恒温、恒容等效平衡的第二种情况),平衡后的结果(以体系中SO2为例)为:SO2%相同;C(SO2)相同; n(SO2)不同。 例4若取amol SO2、bmolO2 、cmol SO3置于上述容器中,保持温度和压强与上述相同,达平衡后与上述结果等效,则a、b、c应满足的条件是 。解析运用极端假设法,c mol SO3 全部反应掉,则体系中组分一定变为SO2和O2,只要其二者物质的量之比符合上述2:1即可,即(a+c):(b+c/2)=2:1,则有a=2b(与SO3的物质的量无关)。另外,过程假设还应用于判断平衡移动的方向上。例5某温度下,密闭容器中发生反应aX(g) bY(g) + cZ(g),达到平衡后,保持温度不变,将容器的容积压缩到原来容积的一半,当达到新平衡时,物质Y和Z的浓度均为原来的1.8倍。则下列叙述正确的是A、可逆反应的化学方程式的系数:a b + cB、压缩容器容积时,v正增大,v逆减小。C、达到新平衡时,物质X的转化率减小D、达到新平衡时,混合物中的Z的质量分数增大解析容积压缩到原来的一半,如果平衡不移动(此为过程假设),则Y、Z的浓度变为原来的2倍,新平衡时,Y、Z的浓度为原来的1.8倍,说明平衡向左移动,即aN B、NM C、M=N D、无法比较3、在一体积恒定的容器中充入2molA和1molB发生反应2A(g)+B(g) xC(g),达到平衡时,C的体积分数为w%;若维持容积和温度不变,按起始物质的量A:0.6mol,B:0.3mol,C:1.4mol冲入容器,达到平衡后,C的体积分数为w%,则x的值为 。4、反应aA(g)+bB(g) cC(
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