【化学平衡】是化学反应中的一个关键概念,指的是在一定条件下,化学反应正反两个方向的速率相等,系统中的各物质的浓度或分压力保持不变的状态。在本题中,涉及了化学平衡中的一个重要分支——等效平衡,即不同起始物质配比但最终达到相同平衡状态的情况。
我们看【例1】,讨论的是在恒温和恒压下,通过改变初始物质的配比来保持平衡后C的浓度不变。题目中,3 mol A 和 1 mol B 反应生成2 mol C 和 1 mol D。平衡时C的浓度为wmol·L-1。根据等效平衡的原则,只有当反应物的化学计量数之比与原有反应相同时,平衡状态才会相同。因此,(A)6 mol A+2 mol B相当于原来的两倍反应,(B)3 mol A+1 mol B+2 mol C相当于加入了2 mol C,(D)1 mol C+2 mol D相当于加入了1 mol C和1 mol D,这些都可能导致C的浓度变化,所以正确的选项是(C)2 mol C+1 mol B+1 mol D,因为它能抵消掉一部分反应生成物,使得平衡状态保持不变。
接着,【例2】讨论了恒温恒容条件下,如何改变初始物质的量来保持平衡时N2、H2、NH3的浓度不变。题目中,平衡时N2、H2、NH3的浓度分别为M、N、G。如果初始物质的参加量改变,但比例保持N2:3H2=1:3,那么平衡状态不会改变。例如,如果x=0,y=0,则z=2 mol,因为这样相当于直接加入2 mol NH3,平衡会逆向进行,直到N2和H2的浓度恢复到M和N。同理,当x=0.75 mol时,为了保持平衡,需要3倍的H2,即y=2.25 mol,并且由于反应生成了氨,还需要0.5 mol的NH3,即z=0.5 mol。
【例3】探讨的是恒压条件下,对于2SO2(g)+O2(g)→2SO3(g)这一放热反应,平衡状态和反应物的变化。在平衡状态A,气体总物质的量为4.2 mol。增加O2会使SO2的体积分数减小,而要恢复到状态A,可以通入适量SO2或者升高温度使平衡逆向移动。起始时,若a=1.2 mol,b=0.6 mol,c的取值可以是任意值,因为只要最终平衡时的气体组成与A状态相同即可。要使反应逆向开始并达到相同的平衡状态,c的取值需满足3.6<c≤4。
化学平衡中的等效平衡涉及到初始物质配比的计算和理解,以及如何通过改变条件来维持或调整平衡状态。这要求学生深入理解化学反应的动态平衡过程,并能够灵活运用勒夏特列原理分析问题。