如何理解化学平衡移动的方向

如何理解化学平衡移动的方向

蓝志军

关键词：化学平衡；移动；方向

一、问题

偶读《中学化学教学参考》，其中有一篇文章《“V(正)>V(逆)平衡一定正向移动”引发的思考》(2010年8期45页)，引起了笔者很深的思考。该知识点是高考热点，对现实工业反应也有指导意义。从该文章的观点来看，有三点结论：1.“化学反应进行的方向”与“化学平衡移动的方向”是两个不同概念。2.V(正)>V(逆)，平衡不一定向正向移动。3.当反应物中有一种以上的物质转化率提高了或体积分数下降了或物质的量分数小了的时候，化学平衡向正反应方向移动。

然而当我们去翻一些教辅资料时，笔者又发现有很多相反的结论。东北朝鲜民族教育出版社《教学一体化化学高三年级使用》指出：“若反应物只有一种，如aA(g)bB(g)+cC(g),增加A的量，平衡向正反应方向移动，但该反应物A的转化率的变化与气体物质的系数有关：(1)若a=b+c，A的转化率不变；(2)若a>b+c，A的转化率增大；(3)若a<b+c,A的转化率减小。若反应物不止一种时，如aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)。

(1)若只增加A的量，平衡正向移动，而A的转化率减小，B的转化率增大；(2)若按原比例同倍数也增加反应物A和B的量，则原平衡向正反应方向移动，而反应物转化率与气体反应物系数有关。如a+b=c+d，A、B的转化率都不变，a+b<c+d，A、B的转化率都减小，a+b>c+d，A、B的转化率都增大。”广西民族出版社《高中化学学习指南与训练》指出：“如何深刻理解化学平衡与化学反应速率的关系：当V(正)和V(逆)等倍数改变时，平衡不移动。例如在体系中加入催化剂，V(正)、V(逆)同等程度增大。当V(正)和V(逆)不等倍数改变时，化学平衡会移动。例如升高温度时，V(正)、V(逆)都增大，但吸热反应方向的速率增大的数值比放热反应方向的速率增大的数值多，故向吸热方向移动。总而言之，化学平衡移动的方向总是与正、逆反应速率相对大的方向一致。”北京师范大学出版社《考生知音化学高二同步使用》指出：“化学平衡移动方向与反应速率的关系：(1)不管是什么原因，只要使V(正)>V(逆)，平衡就正向移动，直到达到新的平衡，V(正)和V(逆)重新相等，但已不同于平衡移动之前的速率(增大浓度或升高温度或增大压强，平衡发生移动后的平衡速率总大于原平衡状态的平衡速率，反之减小)。反过来，如果平衡正向移动，就说明V(正)>V(逆)，而平衡逆向移动，就说明V(正)<V(逆)，直至相等为止；(2)决定化学平衡移动的因素不是化学反应速率的变化，而是正反应速率与逆反应速率变化的差值。”

二、解决

上述的观点都很鲜明，一者，V(正)>V(逆)，平衡不一定向正向移动；一者，V(正)>V(逆)，平衡一定向正向移动。到底谁对谁错呢？

我们都知道，对于一个可逆反应来说，一定温度下都有一个平衡常数Kc(或Kp,气体)。一个可逆反应在一定温度下进行的方向和限度仅由Qc和Kc(或Qp和Kp)的相对大小来决定，当Qc=Kc(或Qp=Kp)时反应达到平衡状态。如果我们要使平衡向正反应方向移动，只要改变条件，使Qc<Kc(或Qp<Kp)正反应就能自发进行，平衡向正反应方向移动。

例1：在恒温恒容条件下，向密闭容器中充入1molSO3，发生反应2SO3(g)2SO2(g)+O2(g),达到平衡，再向容器中充入1molSO3,此时平衡向什么方向移动？

角度1：从浓度来看，第一次平衡时，，再加入1molSO3时，有，这时SO3浓度增大，很明显Qc<Kc，平衡向正反应方向移动。

角度2：从压强来看，第一次平衡时，，再加入1molSO3时，有。据可以看出，由于只加入SO3，而SO2、O2的物质的量不变，V也不变，故、都不变，但再加入1molSO3时，SO3的物质的量增大一倍，分压增大一倍，故Qp变小，有Qp<Kp，平衡向正反应方向移动。

从上面可以看出，不管从浓度还是从压强对化学平衡移动的影响来看，增加反应物的浓度，平衡都向正反应方向移动。而原作者(指《“V(正)>V(逆)平衡一定正向移动”引发的思考》一文的作者，下同)从压强对化学平衡移动的影响的角度出发却得到相反的结论，那错在哪里呢？笔者认为错在对“化学平衡移动”概念的理解上。原作者认为“所谓平衡移动，是指同一个反应有两个不同的‘终态’间的关系，是‘旧’平衡和‘新’平衡之间的关系。在改变化学反应条件后，还没有达到平衡前，讨论平衡是否移动不仅没有意义，更是错误的”。但大学教材指出“因为条件改变，旧的平衡被破坏，引起混合物中各物质百分含量随之改变，从而达到新平衡状态的‘过程’叫做化学平衡移动。”原作者理解化学平衡移动是“始终”态的关系，大学教材则说化学平衡移动是一个过程。原作者通过等效平衡的论证只能证明第二次平衡SO3的转化率比第一次低，但却体现不出，再加入1molSO3时，SO3生成SO2和O2的事实，即达到新平衡过程中有绝对量的SO3生成了SO2和O2，SO2、O2的物质的量比第一次平衡时大了，也就是反应向正反应方向进行。

至于“化学反应进行的方向”和“化学平衡移动的方向”是两个不同概念一说，笔者查阅了高中和大学的若干化学教材版本，发现它们都没有建立化学平衡移动方向的定义。而只有中等职业教育国家规划教材《化学》和全国中等卫生学校教材《化学》所给出的化学平衡移动方向的定义是：在新的化学平衡状态下，如果生成物的浓度比原来平衡时的浓度大了，就称平衡向正向反应的方向移动(或向右移动)；如果反应物的浓度比原来平衡时的浓度大了,就称平衡向逆向反应的方向移动(或向左移动)。对于这个定义，我们随便举个例子就可以看出它是有问题的。

例2：在恒温条件下，往2VL密闭容器中充入1molN2O4，发生反应N2O42NO2，达到平衡，然后再把体积压缩到VL，平衡向什么方向移动？

根据勒夏特列原理，平衡肯定左移，但此例中“生成物的浓度却比原来平衡时的浓度大了”。所以，用生成物浓度增大来判断化学平衡移动是错误的，用来定义化学平衡移动的方向更是错误。

除此之外，没有任何教材定义转化率增大的方向是化学平衡移动的正向或逆向；也没有定义反应物或生成物在混合物中百分含量的增高或减少是平衡移动的正向或逆向。

那么转化率增大了，化学平衡是否一定正移呢？我们来看下面例子：

例3：在恒温恒容条件下，往VL密闭容器中充入2molN2O4,发生反应N2O42NO2，达到平衡后，再从容器中抽出1molN2O4，平衡向什么方向移动？

根据化学平衡移动判断方法，第一次平衡时：，抽出1molN2O4时，，由于N2O4浓度减小，NO2浓度不变，有Qc>Kc,平衡逆向移动。

再看达到第二次平衡时N2O4的转化率如何变化

例3中化学平衡的移动过程就是上图中Ⅰ→Ⅲ的过程，这个过程我们可以等效于经过一个中间过渡状态Ⅱ，从Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ变化的过程。Ⅰ→Ⅱ的过程中，等于把容器体积增大一倍，这时，根据勒夏特列原理，化学平衡向右移动，即有更多的N2O4生成了NO2。状态ⅡN2O4的转化率明显比状态Ⅰ大。Ⅱ→Ⅲ的过程等于在Ⅱ中插入一块薄薄的隔膜，把体积一分为二，再取其中的一半。两部分的浓度、压强、百分含量都不变，化学平衡不移动，故转化率也不变。也就是说，状态Ⅲ的转化率等于状态Ⅱ的转化率。Ⅱ的转化率大于Ⅰ的转化率，则Ⅲ的转化率大于Ⅰ的转化率。

经过上面的分析，我们可以看到从Ⅰ→Ⅲ的变化，N2O4的转化率增大了，但化学平衡是左移的。结论是反应物的转化率增大了，平衡不一定向正向移动。

三、结论

化学平衡是一种状态，这种平衡状态的改变有赖于化学反应的方向突破。所以，笔者认为现行化学课本中所说的化学平衡移动的方向就是指化学反应的方向。对于现行课本中这段话“增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使化学平衡向正反应的方向移动；增大生成物浓度或减小反应物的浓度，都可以使化学平衡向逆反应方向移动。”我们可以这样解读：“增大反应物的浓度或减小生成物的浓度，都可以使已达平衡的化学反应向正反应的方向移动；增大生成物浓度或减小反应物的浓度，都可以使已达平衡的化学反应向逆反应方向移动。”判断化学平衡正移的方法就是V(正)>V(逆)。

作者单位：广西来宾市忻城县中学

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