师：同学们，今天我们复习等效平衡。先来看 10 年至今年江苏高考考察等效平衡情况的统计。从表格可知，每年都有一道选择题，位置在倒数第一题或倒数第二题，难度较大、思考层次高，常作为选择题压轴题。那么，等效平衡的研究需要考虑哪些问题呢？首先要明确什么是等效平衡，为何研究等效平衡，等效平衡建立的条件有哪些，等效平衡的类型有哪些，以及等效平衡有哪些应用。

　　先看什么是等效平衡。以二氧化硫与氧气的反应为例，左边从正反应方向投料，达到平衡时的时间浓度图像是这样；右边从逆反应方向开始，起始投入两摩尔三氧化硫，达到平衡时的时间浓度图像是那样。大家仔细观察左右两边图像和数据，会发现达到平衡时各成分浓度一样，此时它们达到的平衡就是等效平衡。

　　我们把在相同条件下，通过不同途径达到相同平衡状态的平衡称为等效平衡。这里的相同条件指恒温恒容或恒温恒压。不同途径可以从正向建立，即只加入反应物；也能从逆向建立，即只加入生成物；还可以从中间建立，反应物、生成物同时加入；或者分批加入，也就是反应一段时间后再投料。

　　平衡等效的标志，即达到平衡时各组份的含量，通常指物质的量分数、质量分数、体积分数等均对应相等，此时达到的平衡就是等效平衡。

　　那为什么要研究等效平衡呢？经大量研究发现，虚设等效平衡状态是解答平衡进行程度比较问题的重要方法。解答此类问题时，通常需虚拟出一种中间过渡状态，这种中间过渡状态实际上与原平衡等效。当中间过渡状态在条件改变后达到新平衡时，才具有与题述状态的可比性，有利于对平衡进行程度的比较。这既是一种虚拟策略的研究方法，也是很多自然科学研究问题的常用方法。

　　接下来看等效平衡建立的条件。先看恒温恒容条件下的等效平衡，以氮气与氢气的反应为例，按 1 - 4 的序号投入不同投料。怎么比较呢？可根据化学计量数把它们换算成方程式同一边的物质，都换算为反应物进行比较。通过转换，起始反应物序号 1 到序号 3 均为 1 摩尔氮气和 3 摩尔氢气，从数据能看出它们达到的平衡肯定相同。第四种情况通过换算，起始物质为两摩尔氮气和 6 摩尔氢气，此时它达到的平衡与前面三种情况等效吗？我们建立一个中间状态模型，如果要保持压强不变，体积将扩大为原来两倍，而实际条件是体积不变，所以相当于增大了压强，平衡向体积缩小的方向移动，此时达到的平衡与原来情况不等效。由此可知，这四种情况中建立的平衡互为等效平衡的是 1、2、3。

　　我们得出结论：恒温恒容条件下，极限转化后，如果反应物投料量相同，则达到的平衡等效，可简称为“恒温恒容化为源值”。

　　再看恒温恒压条件下建立平衡，同样以氮气与氢气的反应为例，序号 1 - 4 投入的各物质的量与前面相同，分析方法也一样，根据化学计量数之比转化为反应方程式同一边的物质来比较。通过极限转化成反应物后，前三种情况为 1 摩尔氮气、3 摩尔氢气，第四种情况是两摩尔氮气、6 摩尔氢气，它达到的平衡与前三种等效吗？两摩尔氮气和 6 摩尔氢气可拆分为一摩尔氮气、3 摩尔氢气两种状况进行叠加，叠加后会发现每一部分达到的平衡与 1 摩尔氮气、3 摩尔氢气达到的平衡等效，即 1、2、3、4 四种情况最终达到的平衡互为等效平衡。由此得出结论：在恒温恒压条件下，极限转化之后，相同反应物投料比相同则平衡等效，可简称为“恒温恒压比为原比”。

　　接着看第三种情况，在恒温恒容条件下建立平衡，以一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气为例，大家比较下这个反应与氮气和氢气的反应有何区别。可以看出这个反应前后气体体积不发生变化。我们按四种情况投料，思考方法和前面一样，按计量数之比换算成方程式同一边的物质计算比较，都转化为反应物计算。通过极限转化后，前三种情况反应物一氧化碳和水蒸气物质的量之比均为 1 : 1，第四种情况物质的量之比为 2 : 3。这四种情况达到的平衡等效吗？以 1 和 2 为例分析，如果起始加入两摩尔一氧化碳、两摩尔水蒸气，第二种情况极限转化后加入 4 摩尔一氧化碳、4 摩尔水蒸气。若要保持压强不变，体积增大为原来两倍，而实际是恒容条件，体积不变，相当于增大压强，但这是反应前后气体体积不变的反应，增大压强平衡不移动，所以此时达到的平衡状态与两摩尔一氧化碳、两摩尔水蒸气的情况等效。所以 1、2、3 达到的平衡为等效平衡。

　　我们得到结论：在恒温恒容条件下，如果反应前后气态气体体积不变的可逆反应，极限转化之后，相同反应物的投料比相等，则达到的平衡为等效平衡。

　　通过前面分析，我们知道了建立等效平衡的条件，这三种条件下建立的等效平衡，也就是等效平衡的三种类型。来看等效平衡类型的比较表，根据反应条件和反应特点分为三种类型。

　　第一种类型，恒温恒容条件下的任何可逆反应，若起始投入的物质的量按照“一边倒”（极限转化）方法得到的数值跟原来相同，则达到平衡时与原平衡等效。其特点是各成分的质量分数不变，与原平衡相同；各成分的浓度与原平衡相同；各成分的物质的量也与原平衡相同。

　　第二种类型，恒温恒容条件下反应前后气体分子数相同的可逆反应。按照“一边倒”（极限转化）方法计算后，若起始各物质的比与原条件起始各物质的比相同，此时达到的平衡与原平衡等效。平衡特点为各成分的质量分数与原平衡相同；各成分的浓度与原平衡的浓度对应成比例。比如极限转化后起始投入反应物 a 的物质的量是原平衡起始投入物质 a 物质的量的 x 倍，那么达到平衡时，a 的浓度也是原平衡时 a 浓度的 x 倍，物质的量也对应成比例。

　　第三种类型，恒温恒压下任何可逆反应的等效平衡。采用“一边倒”（极限转化）方法得到起始投入量，若各成分的比与原来相等，达到的平衡与原平衡等效。其特点为各成分的质量分数与原平衡相同；各成分的浓度与原平衡相同，这里主要指气体物质的浓度；各成分的物质的量与原平衡对应物质的量成比例。

　　下面看等效平衡的应用。

　　第一个角度，恒温恒容条件下等效平衡的应用，以氮气和氢气的反应为例。同学们看表格中的数据及要回答的问题。反应条件是相同温度、体积均为一升的恒容密闭容器，即恒温恒容条件。反应特征是正反应方向气体体积减小，且为放热反应。看序号 1 和 2，若比较它们的平衡，要用极限转化方法把容器 2 中的物质对应转化为反应物。通过容器一中能量变化数据得到反应中转化的氮气为 0.3 摩尔。根据三段分析法，列出起始氮气、氢气分别为两摩尔、3 摩尔，氨气为 0 摩尔。由转化的氮气 0.3 摩尔，根据转化量之比等于计量数之比，算出转化的氢气是 0.9 摩尔，氨气 0.6 摩尔，进而算出平衡时各物质的量。此时可算出该反应的化学平衡常数为 0.023，将容器 2 中对应各物质的浓度代入计算，得到此时的浓度商为 0.069，即 QC 大于平衡常数 k，这时平衡应向逆反应方向移动，v 逆大于 v 正，所以 A 选项错误。

　　容器 1 和 2 达到的平衡等效吗？把容器 2 进行极限转化，最后得到起始物质的量为两摩尔氮气、3 摩尔氢气，与容器 1 起始物质的量相等，所以容器 2 达到的平衡与 1 为等效平衡，压强相等，A 正确。