USNCO化学练习中,题目改变浓度后,若只凭“增大就向另一边移动”的印象判断,很容易忽略反应系数、温度和所讨论状态。把当前组成与平衡条件分开,往往能更直接地判断净变化方向。
反应商Q与平衡常数K提供了这种比较方法。以下使用同一液相中理想化的抽象反应说明,不对应具体化学品或官方真题,也不作为实验操作指导。
一、先写表达式,再判断当前是否平衡
对于本例中的A⇌B,在给定温度、可用浓度比近似描述的模型下,设Kc=[B]平衡÷[A]平衡。用同样形式代入当前浓度得到Qc,而不是把任意时刻的比值都称为平衡常数。
当Qc小于Kc,体系净变化趋向增加B与A的比值;当Qc大于Kc,净变化趋向降低该比值;相等时满足这个模型的平衡组成条件。这里讨论的是净变化,不是说反方向反应完全停止。
| 要判断的内容 | 使用什么信息 | 容易混淆的地方 |
|---|---|---|
| 平衡常数K | 给定温度下的平衡关系 | 把初始浓度直接代成K |
| 反应商Q | 当前组成与同一表达式 | 与K使用不同的反应方向 |
| 净变化方向 | 比较同一口径的Q与K | 误认为某个方向反应彻底停止 |
| 平衡移动后的量 | 守恒与平衡关系共同计算 | 只判断方向就猜最终浓度 |
二、一组初始浓度,怎样得到最终组成?
自编练习:在固定体积与温度下,A⇌B的Kc=4,初始[A]=0.80 mol/L、[B]=0.20 mol/L,假设仅有该一比一转化且模型适用。
初始Qc=0.20÷0.80=0.25,小于4,所以净反应向生成B的方向进行。设有x mol/L的A转化,则平衡时[A]=0.80-x,[B]=0.20+x。
代入Kc,得到(0.20+x)÷(0.80-x)=4,解得x=0.60。于是平衡[A]=0.20 mol/L、[B]=0.80 mol/L。两者相加仍为1.00 mol/L,且比值为4,分别通过守恒与平衡检查。
三、改变体积或加入催化剂,不能只看某个浓度变了
对本例的一比一模型,若在恒温理想近似下同时把两者浓度扩大相同倍数,Qc中的倍数相消,比值不变。因此不能只看到A浓度增大,就忽略B也同比例改变而断言一定移动。
这个结论依赖本例的表达式。对于反应系数不同的其他体系,浓度项的幂次可能不同,要重新写Q再判断,不宜把“一起变就不移动”当作普遍口诀。
催化剂改变达到平衡的快慢,不改变给定温度下的平衡常数及平衡组成。温度变化则可能改变K,不能继续把原来温度下的4直接当新条件常数使用。
| 复核项目 | 本例怎样验证 | 它能发现的错误 |
|---|---|---|
| 方向 | 0.25<4,B的比例需增加 | Q与K比较颠倒 |
| 变化量 | A减x,B加x | 没有按一比一系数记账 |
| 非负性 | x不超过0.80 | 求得不允许的浓度 |
| 守恒 | A与B总浓度仍为1.00 | 漏写一个消耗或生成项 |
| 平衡条件 | 0.80÷0.20=4 | 只满足守恒却未满足平衡 |
四、把题目条件写在表达式旁边
做新题时,先检查反应方程式方向、系数、物质状态及模型所需条件。若涉及纯固体、纯液体、气体分压或明显非理想体系,表达式的处理需依据相应定义,不能把本例的浓度比直接照抄。
草稿上可以固定保留“初始、变化、平衡”三行,并把温度写在K旁边。这样遇到加料、取走或多次操作,能够区分刚操作完的瞬间与再次达到平衡的状态。
复盘不只记x=0.60,更应解释为什么用初始组成算Q、为什么还要同时满足守恒。能够说明这两步,才有可能在题目换了数字和条件后继续正确使用同一方法。ACS公开资料可用于核对官方练习材料,具体参赛资格与地区安排另查当季规定。
