等效平衡的判断与应用

一、等效平衡的含义

化学平衡状态与条件息息相关，而与建立平衡的途径无关。对于同一可逆反应，当外界条件一定时，该反应无论从正反应开始，还是从逆反应开始，或是正逆反应同时进行，只要达到平衡时条件保持不变，加入物质的量满足一定的配比，则可达到同一平衡状态，称为“等效平衡”，此时平衡混合物中各物质的质量分数相等。

等效平衡中有一类特殊的平衡，不仅任一相同组分的质量分数均相等，而且其物质的量均相等，这类平衡又称为等同平衡。

二、判断等效平衡的方法——极端转化法

mA（g）+nB（g）pC（g）+qD（g）

（1）m+n≠p+q，反应前后气体分子数发生改变

恒温恒容时，终极端转化后，一侧物质的物质的量浓度与原平衡相同，两平衡等效。

恒温恒压时，终极端转化后，一侧物质的物质的量浓度的比值与原平衡相同，两平衡等效。

（2）m+n=p+q，反应前后气体分子数不变

无论是恒温恒容还是恒温恒压，只要终极端转化后，一侧物质的物质的量浓度的比值与原平衡相同，两平衡等效。

三、等效平衡的应用

（一）条件的相互推断

【例1】 某温度下，向某密闭容器中加入1molN2和3molH2，使之反应合成NH3，N2+3H22NH3，平衡后测得NH3的体积分数为φ（NH3）。若T不变，只改变起始加入量，使反应平衡后NH3的体积分数仍为φ（NH3）。若N2、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示应满足：

1.T、V恒定时

（1）若X=0，Y=0，则Z= 。

（2）若X=0.75，Y= ，Z= 。

（3）X、Y、Z应该满足的一般条件的表达式为 。

2.T、P恒定时

（1）若X=0，Y=0，则Z= 。

（2）若X=0.75，则Y= ，Z= 。

（3）X、Y、Z应满足的一般条件是 。

解析：1.T、V恒定时

（1）若X=0，Y=0时，将1molN2和3molH2全部折算为NH3时应为2mol，故此时的Z=2mol。

（2）若X=0.75mol时，由化学计量数可知Y=3X=3×0.75mol=2.25mol，把0.75molN2和2.25molH2全部折算为NH3时应为1.5mol，所以Z=2-1.5=0.5mol。

（3）依化学方程式得ZmolNH3全部折算为N2和H2时，其物质的量分别为Z/2mol和3Z/2mol，则X、Y、Z满足的条件为Y=3X，X+Z/2=1，Y+3Z/2=3。

2.T、P恒定时

（1）若X=0，Y=0，由等温等压下等效平衡建立的条件可知，Z值应为大于零的任意数，即Z>0。

（2）若X=0.75mol时，由化学计量数可知Y=3X=3×0.75=2.25mol，Z的取值应大于或等于零，即Z≥0。

（3）X、Y、Z应满足的条件为Z≥0，Y=3X（其中X、Y不为0时，Z才取0）。

（二）确定平衡的移动方向

【例2】 某温度下，在一容积可变的容器中，反应2A（g）+B（g）2C（g）达到平衡时，A、B和C的物质的量分别为4mol、2mol、4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者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1molD.均减少1mol

解析：选项A、B中三者比例与原平衡比例相同，为等效平衡，平衡不移动。C可设想为两步加入，第一步加入1molA、0.5molB、1molC此时平衡不移动，第二步加入0.5molB，平衡向右移动。D可设想为：第一步减少1molA、0.5molB、1molC，此时平衡不移动，第二步再减少0.5molB平衡向左移动，答案为C。

（三）判断平衡时的转化率变化

【例3】 t℃时，在一密闭容器中充入2molA和3molB，发生如下化学反应：

aA（g）+B（g）C（g）+D（g），平衡后测知各物质浓度有如下关系：

{c（A）}a×c（B）=c（B）×c（D），

然后在温度不变的情况下，扩大容器容积至原来10倍，结果A的百分含量始终不变，则这时B的转化率是（ ）。

A.60% B.40% C.4% D.无法确定

解析：设消耗B的物质的量为xmol，在温度不变，扩大容器容积至原来10倍时，A的百分含量不变，说明该可逆反应前后体积守恒，即a+1=1+1，所以a=1。

aA（g）+ B（g） C（g）+D（g）

n初 2mol 3mol

n转 xmol xmol  xmol xmol

n平 2-xmol 3-xmolxmol xmol

（2-x）（3-x）=x2 x=1.2mol

B的转化率为：1.2/3×100%=40%，所以选B。