再充入气体时平衡移动的方向与转化率的关系

再充入气体时平衡移动的方向与转化率的关系探讨
可逆反应2NO 2≒N 2O 4, 2HI ≒I 2(g)+H 2, NH 4HS ≒NH 3+H 2S 等分别达到平衡后，恒温再充入某些气体反应物时，平衡移动的方向应该怎样进行判断呢？是应该用压强分析，还是用浓度来解析呢?达到新平衡时反应物的转化率比起旧平衡体系又有什么变化呢？这往往是中学生在学习化学平衡中常常遇到的棘手问题。

本文将就再充入气体时平衡移动的方向与转化率的关系进行剖析。

1 平衡移动的方向的判断依据
1.1 定性判断
依据：勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。

1.1.1平衡后再充入气体时，反应体系内各种气体按相同倍数增加（减少）时，改变平衡的条件是压强，即可用压强来判断平衡移动的方向和新、旧平衡时反应物转化率的相对大小。

1.1.2平衡后再充入气体时，反应体系各种气体不是按相同倍数增加（减少）时，此时改变平衡的条件主要．．
是浓度。

1.2 定量判断
依据：浓度平衡常数Kc 与平衡破坏时生成物浓度乘积与反应物浓度乘积之比Qc 的相对大小
对于一定条件下的可逆反应 mA(g)+ nB(g) ≒ pC(g)+ qD (g) 达到平衡后：
………（1）式
1.2.1 恒温恒容时再充入A 、B 两种气体（按任意比），使A 、B 两种气体的物质的量
浓度分别增加x mol•L -1, y mol•L -1时，则
………（2）式 ∵Qc < Kc ,∴平衡向正反应方向移动。

1.2.2 恒温恒容时，按平衡时各种气体的体积比再充入A 、B 、C 、D 四种气体至物质的量的浓度为原来平衡时的K 倍（或恒温压缩容积）时：
（K>1）………(3)式 讨论：（1）当p+q< m+n 时 平衡向正方应方向移动，αA 、αB 按相同比例增加
（2）当p+q ＝m+n 时 平衡不移动，αA 、αB 不变
（3）当p+q> m+n 时 平衡向逆方应方向移动，αA 、αB 按相同比例减少
2 新、旧平衡时转化率大小的比较
2.1 再充入气体时，各气体组分按相同的倍数增加（减少）时，直接用压强分析其转化率的相对大小。

见1.2.2的讨论。

2.2 再充入气体时，各气体组分不是按向相同倍数增加并最终达到新平衡状态C 时，可 {C (A)}m ·{C (B)}n Kc = {C (C)}
p · {C (D)}q {C (A)+x}m ·{C (B)+y }n Qc = {C (C)
}p · {C (D)}q {KC (A) }m ·{K C (B)}n
Qc = {KC (C)}p · {KC (D)}q =Kc ·K {(p+q)-{m+n)}
建立一个与旧平衡体系互为等效平衡的较大容积的中间平衡体系B 来进行分析比较，如下图：
∵αA ＝αB ,∴αB 与αC 决定了αA 与αC 的大小。

讨论：(1)若B→C 平衡向正方应方向移动，则αC >αA
(2)若B→C 平衡不移动，则αC ＝αA
(3)若B→C 平衡向逆方应方向移动，则αC <αA
3 实例分析及结论 3.1 恒温恒容时，单分子气体反应物再充入该气体反应物或多种分子气体反应物按原始比再充入各种气体反应物：平衡向正反应方向移动；新、旧平衡时反应物转化率相对大小a=αα（反应物，新）（反应物，旧）
按照增大体系压强分析，依（3）式有： 当p+q< m+n 时 a>1 ;当p+q ＝m+n 时 a=1;当p+q> m+n 时a<1。

例1 恒温恒容，向容器内充入3molNO 2气体，反应2NO 2≒N 2O 4已达到平衡后，再充入NO 2气体，
①平衡向什么方向移动？②新、旧平衡时NO 2的转化率的相对大小α（NO 2新） α（NO 2旧）(填< 、>、=)
【分析】①再充入NO 2气体时，仅NO 2物质的量的浓度升高，平衡向着正反应（降低NO 2浓度）方向移动；或者依据 (X>0)得平衡向正方应方向移动。

②按图－1模式建立下图：
∵Ⅱ→Ⅲ过程平衡向正方应方向移动 ,∴α（NO 2新）>α（NO 2旧）
同理：恒温恒容时，向容器内充入一定量的PCl 5(g)，反应PCl 5(g) ≒PCl 3(g)＋Cl 2(g)已达到平衡后，再充入一定量的PCl 5(g)，平衡向正反应方向移动,α（PCl 5新）<α（PCl 5旧） ; 恒温恒容时，向容器内充入一定量的HI(g)，反应2HI(g) ≒I 2(g)＋H 2(g)已达到平衡后，再充入一定量的HI(g)，平衡向正反应方向移动,α（HI 新）＝α（HI 旧）. {C (NO 2)+X}2
Qc = C (N 2O 4)
<Kc Ⅰ Ⅲ Ⅱ
例2 恒温恒容时，向容器中按1：3的体积比充入N2、H2，反应N2＋3H2≒2NH3已达平衡后，如果再按1：3的体积比充入N2和H2（按原始体积比充入各组分气体）时，
①平衡朝什么方向移动? ② a=α
α
2
2
（H，新）
（H，旧）
如何变化？
【分析】①由（2）式知：Qc<Kc,平衡向正反应方向移动
②依图-1可知：a=α
α
2
2
（H，新）（H，旧）
>1
3.2恒温恒压时，单分子气体反应物再充入该气体反应物或多分子气体反应物按原始比再充入气体反应物：平衡向正反应方向移动；新、旧平衡时反应物转化率相对大小
a=α
α
（反应物，新）
（反应物，旧）
＝1，即新、旧平衡互为等效平衡。

例3 将例1中的条件改为恒温恒压时（其他条件不变），
【分析】①恒温恒压充入NO2气体时， C(NO2)升高，C(N2O4)降低，v(正)> v (逆)，平衡向着正反应方向移动。

②显然有α（H2新）＝α（H2旧），新、旧平衡互为等效平衡。

3.3 多种分子气体反应物的反应中无论恒温恒容还是恒温恒压，只充入一种气体反应物或者部分组分气体反应物时，平衡一定向着正反应方向移动；达到新平衡时再充入气体的转化率比旧平衡降低，而其他气体反应物的转化率升高。

例4 恒温恒容时，反应2SO2(g) + O2(g) ≒2SO3(g)达到平衡后再充入一定量的O2，平衡向正反应方向移动；α（O2新）<α（O2旧）, α（SO2新）>α（SO2旧）。

3.4恒温恒容时,按平衡状态比充入各种气体物质时，其本质实际上就是增加体系压强，平衡移动的方向及反应物的转化率可由（3）式判断。

例5某温度下，固定容积的容器中合成氨的反应达到平衡后，测得N2、H2、NH3的物质的量之比为3：9：5，若再按n(N2) ：n(H2) ：n(NH3)= 3：9：5充入N2、H2、NH3，试
问平衡将如何移动？新、旧平衡时反应物转化率之比a=α
α
（反应物，新）
（反应物，旧）
如何变化？
【分析】平衡的移动由1.1.1可知，按平衡时各气体组分体积（物质的量）之比充入气
体，即为加压，平衡向正反应方向移动；且a=α
α
2
2
（H，新）（H，旧）
>1 。

3.5恒温恒压时, 按平衡状态比充入各种气体物质时,平衡不移动，新、旧平衡互为等效平衡。

3.6 恒温恒容时,再充入各种气体反应物的物质的量之比不等于起始充入各种气体反应物的物质的量之比时，平衡一定向正反应方向移动，新平衡转化率可按例6中图-3方式
分析。

例6 恒温恒容时，向容器中按1：3的体积比充入N 2、H 2，反应N 2＋3H 2≒2NH 3已达平衡后，如果再按2：3的体积比充入N 2和H 2，达到新平衡时，
①平衡朝什么方向移动? ② N 2、H 2的转化率比起原平衡转化率是如何变化的？
【分析】①由（2）式知：Qc<Kc,平衡向正反应方向移动
②依图-3建立平衡
C 态比A 态，H 2、N 2的转化率都提高了；
D 态比C 态，H 2的转化率进一步提高，但N 2的转化率却降低了。

所以，H 2的转化率：α（H 2、D ）> α（H 2、A ）,
N 2的转化率：α（N 2、D ）此时无法定性判断A 态与D 态的相对大小。

如果要判断N 2的转化率的变化，需运用Kc 进行定量计算。

3.7 恒温恒容，充入的各种气体的体积比与原平衡时各种气体的体积比不同时：
平衡移动的方向及反应物转化率的大小不仅与再充入各种气体的物质的量之比有关，还与原平衡体系中各物质的质量分数（ω）有关。

例7 恒温向容积为1L 的容器内充入1mol Cl 2和1mol PCl 3发生反应：
PCl 3(g)＋Cl 2(g) ≒PCl 5(g) 已达平衡。

再向容器内充入Cl 2，PCl 3，PCl 5各1mol ，
①平衡将朝什么方向移动？②新旧平衡体系中： , a 如何变化？ 【分析】设平衡时PCl 3浓度为X mol ·L -1，则 当充Cl 2，PCl 3，PCl 5各1mol 时
ω(PCl 5新) ω(PCl 5旧)
= a 1-X
X
2 Kc = 2-X
(1+X)
2 Qc = D
A
C
B (图-3)
当 时，平衡不移动，a 不变。

时，平衡向正反应方向移动，a 增大。

时，平衡向逆反应方向移动，a 减小。

所以，平衡移动的方向与原平衡ω(PCl 5)有关。

2-X (1+X)
2 = 1-X X 2 X = √1
3 +1 6 X > √13 +1 6
X < √13 +1 6。