尹傳輝　李康　陳誠(chéng)

化學(xué)反應(yīng)平衡是高考考查的重點(diǎn)。在關(guān)于平衡移動(dòng)和平衡轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系的日常教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)容易犯想當(dāng)然的錯(cuò)誤，認(rèn)為化學(xué)平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率一定變大。那么事實(shí)是否如此呢？

對(duì)此，我們需要分情況進(jìn)行考慮。對(duì)于由壓強(qiáng)和溫度引起的平衡正向移動(dòng)，由于反應(yīng)物的初始量不變而轉(zhuǎn)化量變大，因此平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率變大。但是對(duì)于反應(yīng)物濃度增加而引起的平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率的變化情況則比較復(fù)雜。對(duì)于后一種情況，我們以高考中?？嫉膬煞N題型來加以討論。

只增加一種反應(yīng)物濃度

如果一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物有兩種或兩種以上時(shí)，只增加一種反應(yīng)物濃度，則平衡正向移動(dòng)，可以提高另一種反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率，但被增加的這種反應(yīng)物，其平衡轉(zhuǎn)化率反而下降。為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？下面以恒溫恒容的密閉容器中二氧化硫和氧氣反應(yīng)為例。

始態(tài)1：c0（SO2）=a mol/L，c0（O2）=b mol/L，反應(yīng)一段時(shí)間達(dá)到平衡，記作“平衡態(tài)1”，此時(shí)，SO2和O2的平衡轉(zhuǎn)化率分別為α（SO2）和α（O2）。

2SO2（g）? +? O2（g） 2SO3（g）

始態(tài)1：? ? c0（SO2）? ? ? ? ? ? c0（O2）? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0

平衡態(tài)1：? ? ?[SO2]? ? ? ? ? ?[O2]? ? ? ? ?[SO3]

始態(tài)2：? ? 2c0（SO2）? ? ? ? ? c0（O2）? ? ? ? ? ? ? ? ?0

向另一個(gè)相同的容器通入2c0（SO2）和c0（O2），反應(yīng)一段時(shí)間后達(dá)到平衡狀態(tài)，記作“平衡態(tài)2”。和“平衡態(tài)1”相比，“平衡態(tài)2”肯定正向移動(dòng)。對(duì)O2而言，由于初始量不變，轉(zhuǎn)化量增大，因此α（O2）變大。對(duì)SO2而言，初始量增多，轉(zhuǎn)化量也變大，那么SO2的平衡轉(zhuǎn)化率會(huì)如何變化呢？此時(shí)，我們用分割的思想來加以研究：

我們把SO2分為兩等份分別加入容器中，第一份a mol/L 的SO2的轉(zhuǎn)化率就是“平衡態(tài)1”中SO2的平衡轉(zhuǎn)化率。第二份a mol/L的SO2加入容器中時(shí)，此時(shí)O2的濃度為“平衡態(tài)1”時(shí)氧氣的濃度，記作 [O2]，而 [O2]一定小于b mol/L，因此第二份a mol/L的SO2的平衡轉(zhuǎn)化率肯定小于第一份 a mol/L的SO2的平衡轉(zhuǎn)化率，因此“始態(tài)2”中2c0（SO2） 的平衡轉(zhuǎn)化率是介于第一份a mol/L SO2的平衡轉(zhuǎn)化率和第二份a mol/L SO2的平衡轉(zhuǎn)化率之間，所以α2（SO2）比α1（SO2） 小。

綜上，對(duì)于這種只增加一種反應(yīng)物濃度的情況，我們可以歸納為：只增加一種反應(yīng)物濃度，可以提高另一種反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率，但被增加的這種反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率反而降低。

【例1】（2021年北京卷）：已知C3H8脫H2制烯烴的反應(yīng)為C3H8=C3H6+H2。固定C3H8濃度不變，提高CO2濃度，測(cè)定出口處C3H6、H2、CO濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

已知：

C3H8（g）+5O2（g）=3O2（g）+4H2O（g） ?H=-2043.9kJ·mol-1

C3H6（g）+O2（g）=3CO2（g）+3H2O（g） ?H=-1926.1kJ·mol-1

H2（g） +O2（g） = H2O（g） ?H= -241.8kJ·mol-1

下列說法不正確的是（ ）

A. C3H8（g） = C3H6（g） + H2（g） ?H= +124kJ·mol-1

B. C3H6、H2的濃度隨CO2濃度變化趨勢(shì)的差異是因?yàn)榘l(fā)生了CO2+H2 CO+H2O

C. 相同條件下，提高C3H8對(duì)CO2的比例，可以提高C3H8的轉(zhuǎn)化率

D. 如果生成物只有C3H6、H2O、CO、H2，那么入口各氣體的濃度c0和出口各氣體的濃度符合：3c0（C3H8）+c0（CO2）= 3c（C3H6）+c（CO）+3c（C3H8）+c（CO2）

【解析】選項(xiàng)A，依據(jù)蓋斯定律分析依據(jù)題干信息①C3H8（g）+5O2（g）=3O2（g）+4H2O（g） ?H=-2043.9kJ·mol-1，②C3H6（g）+9/2 O2（g）=3CO2（g）+3H2O（g） ?H=-1926.1kJ·mol-1，③H2（g）+ O2（g）=H2O（g） ?H=-241.8kJ·mol-1知，由①-②-③ 可得到目標(biāo)反應(yīng)C3H8（g）=C3H6（g）+H2（g），?H=+124kJ·mol-1，A正確;選項(xiàng)B，由C3H8（g）=C3H6（g）+H2（g）可知C3H6、H2的濃度變化趨勢(shì)應(yīng)該是一致的，依圖像觀察氫氣的變化不明顯，反而是CO與C3H6的變化趨勢(shì)是一致的，因此可以推斷高溫下能夠發(fā)生反應(yīng)CO2+H2 CO+H2O，這樣才能使C3H6、H2的濃度隨CO2濃度變化趨勢(shì)出現(xiàn)這樣的差異，B正確;選項(xiàng)C，增大C3H8對(duì)CO2的比例，可以看作是增大C3H8的濃度，只增加一種反應(yīng)物濃度，可以提高另一種反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，但被增加的這種反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率反而降低，據(jù)此很容易就能判斷出C3H8的轉(zhuǎn)化率會(huì)降低，所以C錯(cuò)誤;依據(jù)碳原子守恒即可做出判斷，如果生成物只有C3H6、H2O、CO、H2，那么很顯然得出濃度關(guān)系符合：3c0（C3H8）+c0（CO2）= 3c（C3H6）+c（CO）+3c（C3H8）+c（CO2），D正確。

CO2催化加氫制取甲醇的研究，對(duì)于環(huán)境、能源問題都具有重要的意義。反應(yīng)如下：

反應(yīng)?。篊O2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g） ?H1= -58 kJ·mol-1

反應(yīng)ⅱ：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） ?H2= +42 kJ·mol-1

下列說法不正確的是（ ）

A.增大氫氣濃度能提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率

B.增大壓強(qiáng)，有利于向生成甲醇的方向進(jìn)行，反應(yīng)ⅰ的平衡常數(shù)增大

C.升高溫度，生成甲醇的速率加快，反應(yīng)ⅱ的限度同時(shí)增加

D.選用理想的催化劑可以提高甲醇在最終產(chǎn)物中的比率

同等幅度增加反應(yīng)物濃度

如果同等幅度增加所有反應(yīng)物的濃度，平衡會(huì)怎樣移動(dòng)？平衡轉(zhuǎn)化率又該如何變化呢？我們還以2SO2（g）+ O2（g） 2SO3（g）為例：

2SO2（g）? +? O2（g） 2SO3（g）

始態(tài)1：? ? c0（SO2）? ? ? c0（O2）? ? ? ? ? ? ?0

平衡態(tài)1：? ? ?[SO2]? ? ? ? ? [O2]? ? ? ? ? ?[SO3]

始態(tài)2：? ? 2c0（SO2）? ? ?2c0（O2）? ? ? ? ? 0

假設(shè)“始態(tài)1”的平衡轉(zhuǎn)化率與“始態(tài)2”的平衡轉(zhuǎn)化率相等，即α1=α2，則“平衡態(tài)2”時(shí)各物質(zhì)的濃度為：2[SO2] 、2[O2] 、2[SO3]，當(dāng)然這個(gè)“平衡態(tài)2”是我們假設(shè)的平衡態(tài)，假設(shè)是否成立，我們需要通過計(jì)算加以判斷：

該反應(yīng)的平衡常數(shù)K1=。假設(shè)的“平衡態(tài)2”的Q2==K1，因?yàn)闇囟葲]變，所以假設(shè)不成立，而假設(shè)不成立的結(jié)果是導(dǎo)致平衡正向移動(dòng)，所以有α2（SO2）>α1（SO2），α2（O2）>α1（O2）。

而同樣同等幅度增加反應(yīng)物濃度，以H2（g） + I2（g） 2HI（g）例，這個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率變化情況又不一樣：

H2（g）? +? I2（g） 2HI（g）

始態(tài)1：? ? ? c0（H2）? ? ? c0（I2）? ? ? ? ? ? 0

平衡態(tài)1：? ? ? ?[H2]? ? ? ? ?[I2]? ? ? ? ? ? ?[HI]

始態(tài)2：? ? ?2c0（H2）? ? 2c0（I2）? ? ? ? ? ?0

假設(shè)“始態(tài)1”和“始態(tài)2”的反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率相等，則“平衡態(tài)2”時(shí)各物質(zhì)濃度為：2[H2] 、2[I2] 、2[HI]，同樣的假設(shè)是否成立呢？我們來計(jì)算一下，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K1=，假設(shè)的“平衡態(tài)2”的Q2==K1，說明假設(shè)成立，所以有α2（H2）=α1（H2），α2（I2）=α1（I2）。

還是同等幅度的增加反應(yīng)物濃度，對(duì)于反應(yīng)A（g） + B（g） 3C（g），反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率會(huì)如何變化呢？

A（g）? +? B（g）? ?3C（g）

始態(tài)1：? ? ? ?c0（A）? ? ?c0（B）? ? ? ? ? ? ? 0

平衡態(tài)1：? ? ? ? ?[A]? ? ? ? [B]? ? ? ? ? ? ? [C]

始態(tài)2：? ? ? ?2c0（A）? ?2c0（B）? ? ? ? ? ? 0

平衡態(tài)2：? ? ? ? 2[A]? ? ? 2[B]? ? ? ? ? ? 2[C]

假設(shè)反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率不變，則有上述“平衡態(tài)2”。針對(duì)這種情況，假設(shè)是否成立，也要通過計(jì)算來判斷。該反應(yīng)的平衡常數(shù)K1=，假設(shè)的“平衡態(tài)2”的Q2==2K1，假設(shè)不成立，不成立導(dǎo)致的結(jié)果是使平衡逆向移動(dòng)，所以有α2（A）<α1（A），α2（B）<α1（B）。

綜上，同樣的同等幅度增加反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)都正向進(jìn)行，但有的反應(yīng)的反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率增加，有些反應(yīng)的反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率降低，而有些反應(yīng)的反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率不變。針對(duì)這種情況，我們以任意的一個(gè)反應(yīng)mA（g）+ nB（g）pC（g）+qD（g）為例來研究一下同等幅度增加反應(yīng)物濃度，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率的變化規(guī)律。

mA（g）? +? nB（g）? ?pC（g）? +? qD（g）

始態(tài)1：? ?c0（A）? ? ? ? c0（B）? ? ? ? ? ? ? ? ?0? ? ? ? ? ? ?0

平衡態(tài)1：? ? ? [A]? ? ? ? ? ? [B]? ? ? ? ? ? ? ? ?[C]? ? ? ? ? [D]

始態(tài)2： 2c0（A）? ? ? ?2c0（B）? ? ? ? ? ? ? ? 0? ? ? ? ? ? ?0

平衡態(tài)2：? ? 2[A]? ? ? ? ? ?2[B]? ? ? ? ? ? ? ?2[C]? ? ? ? 2[D]

假設(shè)“始態(tài)2”反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率和“始態(tài)1”相同，則有上述“平衡態(tài)2”。對(duì)該反應(yīng)而言，K1=，而假設(shè)的平衡態(tài)2的Q2==K1，下面分情況討論：

（1）若q+p>m+n，則Q2>K1，假設(shè)不成立，導(dǎo)致的結(jié)果是平衡逆向移動(dòng)，所以有α2<α1;

（2）若q+p=m+n，則Q2=K1，假設(shè)成立，所以有α2=α1;

（3）若q+pα1。

把上述計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化為好理解的語言就是：若正反應(yīng)是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，同等幅度增加反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率增加;若正反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，同等幅度增加反應(yīng)物濃度，平衡不移動(dòng)，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率不變;而若正反應(yīng)是一個(gè)氣體體積增加的反應(yīng)，同等幅度增加反應(yīng)物濃度，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率減小。

【例2】（2020·全國(guó)卷節(jié)選）二氧化碳催化加氫合成乙烯是綜合利用CO2的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。

回答下列問題：

CO2催化加氫生成乙烯和水的反應(yīng)中，產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比n（C2H4）：n（H2O）=__________。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，若增大壓強(qiáng)，則n（C2H4）___________（填“變大”“變小”或“不變”）。

解析：依據(jù)題干信息反應(yīng)物為二氧化碳和氫氣，生成物為乙烯和水，然后書寫出化學(xué)方程式，利用氧化還原反應(yīng)中得失電子守恒配平方程式：2CO2+6H2=C2H4+4H2O，顯然反應(yīng)后產(chǎn)物乙烯和水的物質(zhì)的量之比為1∶4，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后增大壓強(qiáng)相當(dāng)于同等倍數(shù)增大反應(yīng)物濃度，2CO2+6H2=C2H4+4H2O正向是一個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡會(huì)向氣體體積減小的方向移動(dòng)，即正向移動(dòng)，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率增大，所以n（C2H4）會(huì)變大。

某科研小組利用如下反應(yīng)消除NO和CO的污染：2NO（g）+2CO（g）N2（g）+2CO2（g） ?H1=x kJ·mol-1。 T℃時(shí)，在容積為2L的恒容密閉容器中充入2molNO和2molCO，保持溫度不變，5min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)c（N2）=0.4mol/L。下列說法中不正確的是（ ）

A. x<0

B. α（NO）=80%

C. 0—5min內(nèi)，V（CO）=0.16mol/（L·min）

D.保持溫度不變，若再向上述平衡體系中充入2molNO和2molCO，重新達(dá)平衡時(shí)，c（N2）=0.8mol/L

反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率的問題有規(guī)律可循，在做題時(shí)只要熟練掌握總結(jié)的規(guī)律并加以應(yīng)用，這類題目就能又快又準(zhǔn)地做出來。這種判斷平衡移動(dòng)方向和反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率變化情況還可以應(yīng)用到水溶液中，根據(jù)其反應(yīng)前后微粒數(shù)目的變化情況來判斷稀釋或濃縮對(duì)平衡移動(dòng)和平衡轉(zhuǎn)化率判斷，即溶液稀釋平衡向微粒數(shù)增加的方向移動(dòng)，溶液濃縮平衡向微粒數(shù)減少的方向移動(dòng)。例如：取一支試管，向其中加入5ml 1.0mol/L的Na2CO3溶液，溶液中碳酸根會(huì)存在一個(gè)水解平衡：CO32-+H2O=HCO3-+OH-，正向是一個(gè)微粒數(shù)增加的反應(yīng)，依據(jù)水溶液中平衡移動(dòng)規(guī)律可知，如果向試管中再加入5ml水進(jìn)行稀釋，CO32-水解平衡會(huì)正向移動(dòng)，CO32-水解的平衡轉(zhuǎn)化率也會(huì)隨之增大。