等效平衡原理.doc

理解等效原理 解析平衡规律
司志兵
等效平衡是化学平衡知识的巅峰，也是中学化学知识的巅峰。是普通学生难以逾越的一道障碍，也是资深化学教师的“看家本领”。第一次讲解等效平衡的知识，往往有很大比例的学生听不懂，一般情况下，要经过反复的讲解与答疑，才能保证大多数学生能听懂。根据经验，在高二学生刚学习完化学平衡知识时，不宜涉及等效平衡，将化学平衡知识掌握扎实之后，有了一定的基础，学习等效平衡知识会容易一些。在高三第一轮复习阶段讲解，似乎效果更好。但是，几乎所有的教辅资料，在高二刚学习化学平衡知识时，编辑了大量的等效平衡的知识、例题和练习，大多数学校和老师采用以下两种方法处理，第一种方法是，将这块知识跳过去，放在高三第一轮复习阶段讲解。第二种办法是，在高二和化学平衡知识一起讲解。
我所带的高三毕业生，在高三第一轮复习阶段讲解等效平衡知识。按照以下的知识系统，作为一个专题进行讲解，全班学生听得津津有味，认真做着笔记。讲完之后，班级的一位好学生薛守立，激动不已，挥舞着双拳，身体在座位上上下弹了几个来回，大声地说：“我终于听懂了等效平衡知识。”再询问全班，听懂的学生所占的比例约为三分之二，达到预期效果。剩下没有听懂的学生，课后通过询问同学，多次请教老师，最后绝大数都掌握了。
下面是笔者在教学实践中整理的关于等效平衡的一般原理，力争以完整而系统的知识体系呈现和传授给学生，并列举了大量的例子，便于学生理解和掌握。
一、什么是等效平衡
在一定条件下，对一可逆反应，只要起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的含量相同，这两个平衡叫做等效平衡。具体分析如下：
1、一定条件指一定的温度、压强、体积以及反应前后气体总体积是否变化。
关于等效平衡的条件有以下几种情况：（1）定温、定容条件：①ΔV≠0。②ΔV=0。
（2）定温、定压条件，ΔV≠0或ΔV=0。
ΔV≠0是指反应前后气体总体积发生变化的反应。ΔV=0是指反应前后气体总体积不发生变化的反应。
2、含量相同指质量分数相同、物质的量分数相同、体积分数相同。百分含量，将质量分数、物质的量分数、体积分数换算为百分数。
3、等效指效果相同，起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质的含量相同。具体有下面三种情况：①两平衡中同种物质百分含量相同、物质的量相同、物质的量浓度相同。②两平衡中同种物质百分含量相同、物质的量浓度相同，物质的量与反应物同比例。③两平衡中同种物质百分含量相同，物质的量、物质的量浓度分别与反应物同比例。
4、等效平衡研究的对象：有气体参加的可逆反应。
二、等效平衡举例
1、定温、定容、ΔV≠0的条件下
2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）
① 2mol 1mol 0
② 0 0 2mol
分析：将②中2molSO3按计量系数折算成反应物SO2和O2，SO2为2mol，O2为1mol，和①中2mol SO2、1mol O2完全相同，相当于①和②的起始用量相同，两个反应达到平衡后必定是等效平衡。或将①中2mol SO2、1mol O2按计量系数折算为生成物SO3，也是2mol，相当于①和②的起始用量也相同，两个反应达到平衡后必定是等效平衡。
规律：定温、定容条件下，若反应前后气体总体积发生变化的反应，即ΔV≠0。根据化学方程式计量系数折算为同一边物质，两个平衡中相同物质物质的量都相等，则两平衡等效。
2、定温、定容、ΔV=0的条件下
H2（g）+I2（g）2HI（g）
① 2mol 2mol 0
② 0 0 2mol
分析：将②中2molHI按计量系数折算成反应物H2和I2，分别为1mol ，物质的量之比1：1，与①中H2和I2物质的量之比1：1相等，也是等效平衡。
规律：定温、定容条件下，反应前后气体总体积不发生变化的反应，即ΔV=0。根据化学方程式计量系数折算为同一边物质，两个平衡中起始物质物质的量之比相等，则两平衡等效。
3、定温、定压、ΔV=0或ΔV≠0的条件
2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）
① 2mol 1mol 0
② 0 0 1mol
分析：将②中1molSO3按计量系数折算成反应物SO2和O2，分别为1mol 和0.5mol ，物质的量之比2：1，与①中SO2和O2物质的量之比2：1相等，①和②达到平衡之后就是等效平衡。
规律：定温、定压条件下，反应前后气体总体积变化或不发生变化的反应，即ΔV=0或ΔV≠0。根据化学方程式计量系数折算为同一边物质，两个平衡中起始物质物质的量之比相等，则两平衡等效。
三、如何判断两个平衡是等效平衡
1、定温、定容条件下，反应前后气体总体积发生变化的反应，即ΔV≠0。根据化学方程式计量系数折算为同一边物质，两个平衡中相同物质物质的量相等，则两平衡等效。
2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）
① 2mol 1mol 0
② 0 0 2mol
③ 1mol 0.5mol 1mol
④ 0.5mol 0.25mol 1.5mol
⑤ 0.7mol 0.35mol 1.3mol
⑥ amol bmol cmol
⑦ 2mol 1mol 2mol
①②③④⑤均为等效平衡⑦与①②③④⑤不是等效平衡。
若⑥和①也是等效平衡，则a、b、c关系：a+c=2，b+0.5c=1，a=2b。
两个平衡等效的特征：两平衡混合物种中同一物质浓度相同、物质的量相同、百分含量相同。
2、定温、定容条件下，反应前后气体总体积不发生变化的反应，即ΔV=0。根据化学方程式计量系数折算为同一边物质，两个平衡中起始物质物质的量之比相等，则两平衡等效。
H2（g）+I2（g）2HI（g）
① 2mol 2mol 0
② 0 0 2mol
③ 0 0 1mol
④ 0.5 mol 0 1.5mol
⑤ 0.35mol 0.35mol 1.3mol
⑥ amol bmol cmol
④和①②③⑤不是等效平衡，①②③⑤都是等效平衡。
若⑥和①是等效平衡，则a、b、c的关系：（a+0.5c）：(b+0.5c）=1：1。
两个平衡等效的特征：两平衡混合物中同一物质的百分含量相同，物质的量浓度之比、物质的量之比与反应物同比例。
3、定温、定压条件下，ΔV=0或ΔV≠0。根据化学方程式计量系数折算为同一边物质，两个平衡中起始物质物质的量之比相等，则两平衡等效。
2SO2g）+O2（g）2SO3（g）
① 4mol 2mol 0
② 0 0 2mol
③ 1mol 0.5mol 1mol
④ 0.5mol 0.5mol 1.5mol
⑤ 0.7mol 0.35mol 1.3mol
⑥ amol bmol cmol
④和①②③⑤不是等效平衡，①②③⑤都是等效平衡。
若⑥和①是等效平衡，则a、b、c的关系：（a+c）：(b+0.5c）=2：1。
两个平衡等效的特征：两平衡混合物中同一物质的百分含量相同、物质的量浓度相等，物质的量之比与反应物同比例。
四、两等效平衡在不同条件下同一物质百分含量、物质的量浓度、物质的量的关系

不同条件
百分含量
物质的量浓度
物质的量
同T、同V
ΔV≠0
相同
相同
相同
同T、同V
ΔV＝0
相同
同比例
同比例
同T、同P
ΔV≠0或ΔV＝0
相同
相同
同比例

五、等效平衡的分类
（1）按反应条件不同，分为：①同温、同容条件下的等效平衡。②同温、同压条件下的等效平衡。
（2）按化学反应体积变化不同，分为：①反应前后气体总体积发生变化的反应达到的平衡②反应前后气体总体积不发生变化的反应达到的平衡。
（3）按同一物质百分含量、物质的量浓度、物质的量的关系，可分为：
①百分含量相等、物质的量浓度相等、物质的量相等的等效平衡。②百分含量相等、物质的量浓度相等，物质的量之比与反应物同比例的等效平衡。③百分含量相等，物质的量浓度之比、物质的量之比与反应物同比例的等效平衡。
六、等效平衡与转化率的关系
若两平衡等效，折算之后，同一物质的转化率相等。
七、等效平衡和化学平衡常数之间的关系
等效平衡是用来判断同一个化学反应在起始反应物的量不同、从正反应开始或从逆反应开始，达到平衡时同种物质的含量是否相同，即达到平衡时的效果是否相同。而化学平衡常数是衡量一个可逆反应，达到平衡时各混合物之间关系的定量关系，化学平衡常数不能解决等效平衡的问题。
八、解决等效平衡问题的关键
1、记住三种条件：（1）定温、定容、ΔV≠0的条件。（2）定温、定容、ΔV=0的条件。（3）、定温、定压、ΔV≠0或ΔV=0的条件。
2、折算。根据化学方程式计量系数，折算为同一边物质之后，再进行比较。折算的方法非常关键，不折算就不能处理等效平衡的问题。
总之，等效平衡的问题较为抽象，要多想多练，不能放弃，历次高考中都有出现。
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