顧小兵

（江蘇省興化市第一中學(xué)江蘇興化225700）

有活塞的化學(xué)平衡問題的分析與解答

顧小兵

（江蘇省興化市第一中學(xué)江蘇興化225700）

有活塞的化學(xué)平衡問題是高中化學(xué)學(xué)習的難點之一,解決的方法是根據(jù)題目所給條件,從化學(xué)平衡基本原理入手,用等效平衡模式進行分析,注重始終態(tài)的研究。下面以兩個習題為例,探究解題思路。

例1：（Ⅰ）如圖所示,甲、乙之間的隔板K和活塞F都可左右移動,甲中充入2molA和1molB,乙中充入2molC和1molHe,此時K停在0處。在一定條件下發(fā)生可逆反應(yīng)：2A（g）+B（g）?2C（g）；反應(yīng)達到平衡后,再恢復(fù)到原溫度?；卮鹣铝袉栴}：

（1）可根據(jù)現(xiàn)______________象來判斷甲、乙都已達到平衡。

（2）達到平衡時,隔板K最終停留在0刻度左側(cè)a處,則a的取值范圍是______________。

（3）若達到平衡時,隔板K最終停留在左側(cè)刻度1處,則甲中C的物質(zhì)的量為_______mol,乙中C的轉(zhuǎn)化率_______50%（填＜、＞、=）,此時,乙中可移動活塞F最終停留在右側(cè)刻度_______處（填＜6、＞6、=6）。

（4）若達到平衡時,隔板K最終停留在左側(cè)刻度靠近0處,則乙中可移動活塞F最終停留在右側(cè)的刻度不大_______于；若K最終停留在左側(cè)刻度靠近2處,則乙中可移動活塞F最終停留在右側(cè)的刻度不小于_______。

（Ⅱ）若一開始就將K、F固定,其他條件均不變,則達到平衡時：

（1）甲、乙中C的物質(zhì)的量的分數(shù)是甲_______乙（填＜、＞、=）；

（2）測得甲中A的轉(zhuǎn)化率為b,則乙中C的轉(zhuǎn)化率為_______；

（3）假設(shè)乙、甲容器中的壓強比用d表示,則d的取值范圍為_______。

分析：此題是一道化學(xué)平衡的綜合題,包括等效平衡、恒溫恒壓、恒溫恒容下稀有氣體的充入對恒溫恒壓、恒溫恒容下平衡的影響,能力要求較高。

（Ⅰ）為恒溫恒壓狀態(tài)

解：（1）根據(jù)平衡時各組分的濃度不再發(fā)生變化,可推出活塞K、F不再移動來判斷甲、乙都已達到平衡。

（2）求a的范圍,用極值的思路。若不發(fā)生反應(yīng),活塞不動,a=0；若A、B完全轉(zhuǎn)化,生成2molC,容器的體積變?yōu)樵瓉淼?/3,活塞左移,a=2,所以A的取值范圍為0＜a＜2。

（3）隔板K最終停留在左側(cè)刻度1處,則平衡時甲中A氣 體總的物質(zhì)B的量為2.5mol,根據(jù)差量得到生成C1mol。根據(jù)等效平衡原理,若乙中只充入2molC,應(yīng)與甲中平衡相同,C的轉(zhuǎn)化率為50%。1molHe的充入,使活塞右移,相當于減小壓強,平衡向左移動,C的轉(zhuǎn)化率增大,所以大于50%。這樣乙容器中的氣體總的物質(zhì)的量大于2.5+ 1=3.5mol,所以活塞F最終停留在右側(cè)刻度＞6處。

（4）若達到平衡時,隔板K最終停留在左側(cè)刻度靠近0處,說明甲中氣體物質(zhì)的量接近3mol,則乙中氣體物質(zhì)的量接近3+1=4mol,這樣活塞F最終停留在右側(cè)的刻度不大于8；同理,若K最終停留在左側(cè)刻度靠近2處,說明甲中氣體物質(zhì)的量略大于2mol,則乙中氣體物質(zhì)的量略大于2+1= 3mol,則乙中可移動活塞F最終停留在右側(cè)的刻度不小于4。

（Ⅱ）為恒溫恒容狀態(tài)

（1）先建立一個中間狀態(tài),將K、F固定,甲中充入2molA和1molB,乙中充入2molC,由于容積相同,根據(jù)等效平衡原理,兩容器中的平衡狀態(tài)是相同的。此時再向乙中充入1molHe,但對平衡沒有影響,所以甲、乙中C的物質(zhì)的量的分數(shù)相同。

（2）根據(jù)甲中A的轉(zhuǎn)化率為b,計算得到平衡時C的物質(zhì)的量為2b,則乙中平衡時C的物質(zhì)的量為2b,C的轉(zhuǎn)化率為（2-2b）/2=1-b。

（3）求d的范圍還是運用極值的思路。若兩容器中全部是A和B,則乙中氣體的物質(zhì)的量為3+ 1=4mol,甲中氣體的物質(zhì)的量為3mol,此時d=4/ 3；若兩容器中全部是C,則乙中氣體的物質(zhì)的量為2+1=3mol,甲中氣體的物質(zhì)的量為2mol,此時d= 3/2；所以4/3＜d＜3/2。

例2：如下圖所示,溫度不變下某容器分隔A、B兩部分,A容積固定不變,B有可移動的活塞?，F(xiàn)在A中充入2molSO2和1molO2,在B中充入2molSO3和1molN2,在相同條件下發(fā)生可逆反應(yīng)：2SO2（g）+O2（g）?2SO3（g）,根據(jù)要求填寫空白：

（1）固定活塞位置在3處不動,達到平衡時,則兩部分的壓強PA、PB的關(guān)系為PA_______PB（填＜、＞、=）；

（2）若要使A中與B中平衡狀態(tài)相同,可移動活塞的位置應(yīng)在_______處；

（3）若活塞右移到5處,達到平衡后,B中SO3為xmol,A中SO3為ymol,則之間的關(guān)系為____（填＜、＞、=）。

解：（1）恒溫恒容時,固定活塞位置在3處不動,A、B兩部分的容積相同。若A中充入2molSO2和1molO2,在B中充入2molSO3,根據(jù)等效平衡原理,達到平衡時,兩部分完全相同。再在B中充入1molN2,由于容積不變,所以平衡不移動,但容器里的壓強增大。所以PA＜PB。

（2）根據(jù)以上的分析,可移動活塞的位置在右側(cè)“3”處時,A、B兩部分的平衡相同。

（3）若活塞右移到5處,可看作達到上述平衡時,將活塞右移,相當于壓強減小,平衡逆向移動, B中SO3的物質(zhì)的量減小,所以x＜y。

通過以上兩個例題的分析,這種類型的問題如果能化為恒溫恒壓或恒溫恒容的等效問題去思考,也就不難解決了。

文章編號：1008-0546（2010）03-0079-02中圖分類號：G632.46

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2010.03.035