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1、谈谈等效平衡一，什么叫等效平衡“等效平衡”这个名称是中学教师杜撰的，产生这个名称的来源是中学化学教材中的以下内容： 人教版高级中学课本 化学（选修）第三册（91.10版）p8：“在500 ，压强为1.0110 5帕时，如果把2体积的SO2和1体积的O2的混合物，通入一个装有催化剂的密闭容器里，结果能得到含有91（体积组成）SO3的混合气体。” p9：“如果不是从SO2和O2的混合物开始反应，而是使纯净的SO3在同样的温度（500）压强（ 1.0110 5帕）和催化剂存在的条件下起反应， SO3分解为SO2和O2，当达到平衡状态时，混合气体里仍然含有91（体积组成）的SO3”。人教版高级中学课本
2、 化学 （试验修订本 ? 必修加选修）第二册（2000.12版）p37：“将0.01molCO和0.01molH2O（g）通入容积为1L的密闭容器里，在催化剂存在的条件下加热到800，结果生成了0.005molCO2和0.005molH2，而反应物CO和H2O各剩余0.005mol。”p38：“试验证明，如果不是从CO和H2O （g）开始反应，而是各取0.01mol CO2和0.01molH2，以相同的条件进行反应，生成CO和H2O（g），当达到平衡状态时，反应混合物里CO、H2O （g）、 CO2、H2各为0.005mol，其组成与前者完全相同。”在大学的基础化学的化学平衡内容中，也有类似的
3、叙述。以上内容所表达的意思，通常抽象为：可逆反应的平衡态，可以从正反应开始建立，也可以从逆反应开始建立；只要条件一定，无论从正反应开始建立，还是从逆反应开始建立，达到的平衡状态完全相同。 进一步还可以抽象为：一定条件下，可逆反应的平衡态与建立平衡的途径无关。 由此可见，“等效平衡”的含义，应该是指两个完全相同的平衡状态。让我们先来分析一下，什么叫做“两个完全相同的平衡状态”？先看：人教版高级中学课本 化学 （试验修订本 ? 必修加选修）第二册（2000.12版）p37：“将0.01molCO和0.01molH2O（g）通入容积为1L的密闭容器里，在催化剂存在的条件下加热到800，结果生成了0.
4、005molCO2和0.005molH2，而反应物CO和H2O各剩余0.005mol。”p38：“试验证明，如果不是从CO和H2O （g）开始反应，而是各取0.01mol CO2和0.01molH2，以相同的条件进行反应，生成CO和H2O（g），当达到平衡状态时，反应混合物里CO、H2O （g）、 CO2、H2各为0.005mol，其组成与前者完全相同。”在此例中：相同条件是:温度800，容积1L。平衡状态是：反应混合物里CO、H2O （g）、 CO2、H2各为0.005mol。让我们再进一步分析一下：两个不同的起始条件，达到的两个平衡态，对应物质 物质的量：相同；物质的量浓度：相同；体积分数
5、（即物质的量分数）：相同；质量：相同；质量分数：相同；两个平衡体系的：总质量：相同；总体积：相同；密度：相同；总压强： 相同。再看：人教版高级中学课本 化学（选修）第三册（91.10版）p8：“在500 ，压强为1.0110 5帕时，如果把2体积的SO2和1体积的O2的混合物，通入一个装有催化剂的密闭容器里，结果能得到含有91（体积组成）SO3的混合气体。” p9：“如果不是从SO2和O2的混合物开始反应，而是使纯净的SO3在同样的温度（500）压强（ 1.0110 5帕）和催化剂存在的条件下起反应， SO3分解为SO2和O2，当达到平衡状态时，混合气体里仍然含有91（体积组成）的SO3”。在
6、此例中：相同条件是:温度为500 ，压强为1.0110 5帕。起始条件1是：“ 2体积的SO2和1体积的O2” 注意！不是2mol和1mol！可以是2L和1L，也可以是2立方米和1立方米，当然，物质的量之比一定是 21 。起始条件2是：“纯净的SO3” 没有说是2体积，也就是说，可以是任意体积的纯SO3 。平衡态是：“含有91（体积组成）的SO3”我们也来分析一下两个不同起始条件，达到的两个平衡态：三氧化硫的体积分数：相同（都是91%）；二氧化硫、氧气的体积分数：相同（因为二氧化硫 氧气= 21 ，所以，肯定是6%、3%。）；各自的质量分数：相同； 体系的总质量：可以不同；总体积：可以不同；总
7、物质的量：可以不同；密度：相同（三种相同比例气体的混合物）；对应气体的 质量：可以不同；物质的量：可以不同；物质的量浓度： 相同；体积：可以不同。比较以上两例的分析，我们可以对“完全相同的平衡状态”形成如下认识：总量 如总质量；总体积；总物质的量；每种组分的质量、体积、物质的量等，可以相同，也可以不同。 与总量无关的量 如混合气的密度；每种组分的质量分数、体积分数、物质的量浓度等，必须相同。 换一种说法，就是：将两个平衡体系中的平衡混合物进行等体积的交换，不会引起两平衡体系的任何变化。让我们继续讨论：以上所述就是“等效平衡”吗？不是！“等效”显然是指“相等的效果”，这个“效果”就是上述“完全相
8、同的平衡状态”，而“相等的效果”所含的意思是“不同的，能够达到相同的效果。”据上所述，当然应该是“不同的反应起始物”。那么，接下来的问题是：具备什么样的条件时，不同的反应起始物，能够达到完全相同的平衡状态呢？这才是这个知识点的重点！二、等效的条件我们仍然从前面的叙述中寻找答案。还是先看：人教版高级中学课本 化学 （试验修订本 ? 必修加选修）第二册（2000.12版）p37：“将0.01molCO和0.01molH2O（g）通入容积为1L的密闭容器里，在催化剂存在的条件下加热到800，结果生成了0.005molCO2和0.005molH2，而反应物CO和H2O各剩余0.005mol。”p38：
9、“试验证明，如果不是从CO和H2O （g）开始反应，而是各取0.01mol CO2和0.01molH2，以相同的条件进行反应，生成CO和H2O（g），当达到平衡状态时，反应混合物里CO、H2O （g）、 CO2、H2各为0.005mol，其组成与前者完全相同。”反应条件是：一定的温度，一定的体积。（简称为 同温同容）起始态1：0.01mol CO + 0.01mol H=O（g）起始态2：0.01mol CO2 + 0.01mol H2根据化学方程式 CO + H2O =可逆= CO2 + H2可以看出0.01mol CO2 + 0.01mol H2 相当于0.01mol CO + 0.01m
10、ol H2O（g）这个“相当于”就是，为了把起始态2和起始态1比较，我们假想把0.01mol CO2 + 0.01mol H2 全部按照方程式变为反应物【叫做“一边倒”】，能够变出0.01mol CO + 0.01mol H2O（g） ，就叫做“0.01mol CO2 + 0.01mol H2 相当于0.01mol CO + 0.01mol H2O（g）”结论1：在同温同容的条件下，能够达到“等效平衡”的条件是：有或者相当于有物质的量相同的起始物。再来看：人教版高级中学课本 化学（选修）第三册（91.10版）p8：“在500 ，压强为1.01105帕时，如果把2体积的SO2和1体积的O2的混合
11、物，通入一个装有催化剂的密闭容器里，结果能得到含有91（体积组成）SO3的混合气体。” p9：“如果不是从SO2和O2的混合物开始反应，而是使纯净的SO3在同样的温度（500）压强（ 1.01105帕）和催化剂存在的条件下起反应， SO3分解为SO2和O2，当达到平衡状态时，混合气体里仍然含有91（体积组成）的SO3”。反应条件是：一定的温度，一定的压强。（简称为 同温同压）起始态1：体积比为2 1 的SO2和O2起始态2：纯SO3分析：在确定的压强下，反应器的容积是由加入的起始气体的物质的量来决定的，比如2molSO2+1molO2的起始体积如果是aL，那么4molSO2+2molO2的起始
12、体积就是2aL ，2molSO3的体积就是（2/3）aL, 4molSO3的体积就是（4/3）aL,也就是说，单位体积中的起始物是相同的。结论2：在同温同压的条件下，能够达到“等效平衡”的条件是：有或者相当于有物质的量之比相同的起始物。这个“相当于”就是，本来不是有物质的量之比相同的起始物，但是如果把这些起始物按照化学方程式，不可逆地变成方程式另一端的物质【一边倒】后，就成为有物质的量之比相同的起始物。如果把两种情况合起来看，就是在同温同容或者同温同压的条件下，能够达到“等效平衡”的条件是：有或者相当于有物质的量浓度相同的起始物。但此结论不如上述结论实用。三、再来澄清一个问题有人认为，在同温同
13、容的条件下，对于像CO+H2O(g) =可逆= CO2+H2这样反应前后气体分子数不变的反应，由于反应过程中压强并不发生改变，所以“等效”的条件应该按照同温同压条件来看待，即物质的量之比相同即可。我们来确认一下：假设容器A中放入1molCO和1molH2O（g）；相同容积的容器B中放入2molCO和2molH2O（g）；在800，有催化剂的条件下反应，且达到平衡。首先，各反应物的起始浓度不相同；由于此反应 K=1，所以它们都是转化率达到50%时平衡，这样一来，在A容器中，CO、H2O、CO2、H2各0.5mol；在B容器中， CO、H2O、CO2、H2各1mol；它们的对应浓度不相同【与容器体
14、积有关的量】，但是体积分数、质量分数相同【与容器体积无关的量】，体系的密度不相同【与容器体积有关的量】，*参见本文末的附注。 不符合前面讨论过的情况，不应该属于完全相同的平衡状态，为了便于叙述，我们给它一个名称：“类等效平衡状态”。这样一来，对于类似上述反应的反应【即在同温同容的条件下，反应前后气体分子数不变的反应】，结论就是：能够达到完全相同的平衡状态的条件是：有或者相当于有物质的量相同的起始物。能够达到“类等效平衡状态”的条件是：有或者相当于有物质的量之比相同的起始物。再强调一句：“完全相同的平衡状态”与“类等效平衡状态”的区别是：前者与总量无关的量：如混合气的密度，每种组分的质量分数、体
15、积分数、物质的量浓度等，都相同。而后者与总量无关的量中：混合气的密度，物质的量浓度等与容器体积有关的量，不相同；每种组分的质量分数、体积分数等与容器体积无关的量，相同。四、练习题1.在一定温度下，把2molSO2和1molO2通入一个固定容积的密闭容器中发生反应，反应进行到一定程度时，就达到化学平衡状态。现在在该容器中，维持温度不变，令a，b，c分别代表初始加入的SO2，O2，SO3的物质的量（mol） 如果a，b，c取不同数值，它们必须满足一定的相互关系，才能保证达到平衡时，反应混合物中三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同。请填写下列空白： 若a0，b0，则c 若a0.5，b ，和c a，b，c取值必须满足的一般条件是（请用两个方程式表示，其中一个只含a和c，另一个只含b和c。） 分析：同温同容！而且是气体分子数改变的反应，所以“三种气体的百分含量仍跟上述平衡时完全相同”意思指
