平衡混合气体颜色判断的思考

化学平衡状态的判断是高考化学的重要考点，而有色气体参与的平衡体系经常根据体系的颜色变化来判断。因此，混合气体的颜色变化很值得我们去研究，先看下面的例题。

例1可逆反应：

2NO22NO+O2

在定容密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是

（）。

①单位时间内生成n mol O2的同时生成

2n mol NO2

②用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率之比为2∶2∶1的状态

③混合气体的颜色不再改变的状态

④混合气体的密度不再改变的状态

⑤混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

A.①③⑤B.②④

C.①②③D.①②③④⑤

解析①生成O2代表正反应速率，生成NO2代表逆反应速率，且满足化学计量数之比代表平衡，故正确；②化学反应速率包括正反应速率和逆反应速率，一定要指明不同物质表示的正逆反应速率之比等于化学计量数之比才算平衡，故错误；③平衡和有色气体的浓度有关，定容容器中颜色不再变化表示NO2的量恒定，达到了平衡，故正确；④密度ρ=m/V，质量守恒，体积恒定，密度始终不变，故错误；⑤平均分子质量M=m/n，总质量不变，但是气体的物质的量在改变，因而这是一个变量，当该值不再变化，达到平衡状态，故正确。

答案：A

强调：有色气体参与的平衡体系，颜色不再改变说明达到了平衡。但在实际应用中，颜色的判断还存在不少概念上的误区，这里特别说明以下两点：

1.颜色加深，只能说明有色气体浓度增大，其体积分数不一定增大，平衡也不一定移动。

例2可逆反：

2HI（g）H2（g）+I2（g）；ΔH>0

在密闭容器中进行，当达到平衡时欲使混合气体的颜色加深，应采取的措施是（）。

A.减小容器体积B.降低温度

C.加入催化剂D.充入HI气体

解析使混合气体的颜色加深即要增大

I2（g）的浓度。A项，缩小体积即增大压强，虽然平衡不移动，但因为体积减小，I2（g）浓度还是增大，故正确；B项，降低温度，平衡向放热反应方向（即逆反应）移动，I2（g）浓度减小，故错误；C项，催化剂只能缩短达到平衡所需的时间，对平衡后的浓度没有影响，故错误；D项，充入HI气体，达到新的平衡后，I2（g）浓度肯定比原来大，故正确。

答案：A、D。

说明：有色气体浓度增大，有两种常见的情况：①对于不等体反应，采取措施促使平衡移动，使有色气体浓度增大，如例2中可以采用升高温度或直接冲入I2（g）的方法达到目的，此时有色气体浓度增大，体积分数增大，平衡也移动；②对于等体反应，通过增大压强（即缩小体积），增大有色气体的浓度，此时有色气体浓度增大，其体积分数不变，平衡不移动。

2.有色气体浓度增大，颜色不一定加深。

例3如图1，有一密闭透明容器发生如下反应：

2NO2（红棕色）N2O4（无色）；ΔH

解析整个过程分为物理压缩和化学平衡移动两个阶段（如图2所示）。

起始平衡Ⅰ色1压缩物理变化

瞬间色2平衡移动

最终平衡Ⅱ色3

从视线Ⅰ方向观察，颜色深浅主要取决于NO2的浓度，在压缩的瞬间，容器体积减半，c（NO2）加倍；之后，因为增大压强使平衡向正反应方向移动，c（NO2）有所减少，但根据勒夏特列原理，c（NO2）比起始时还是要大，具体c（NO2）变化如图3所示。图3

因此，容器颜色变化为，先变深再变浅，但比原来还是深。即颜色深浅顺序为：色2>色3>色1。

那这是不是唯一的结果呢？答案是否定的，因为颜色不仅与有色物质浓度有关，还和观察的角度有关。如果从视线Ⅱ方向观察，不仅要考虑c（NO2）的变化，同时还要考虑观察方向宽度的变化，因为观察到的颜色取决于有色气体的浓度和气体宽度的乘积。在压缩的瞬间，虽然c（NO2）加倍，但宽度减半，所以瞬间颜色是不变的；当平衡移动后，c（NO2）减小，宽度不变，所以颜色要变浅。因此，容器颜色变化为，先不变，后变浅，即此时颜色深浅顺序为：色1=色2>色3。

（收稿日期：2016-12-13）