如何通过充要条件定性判断促进化学平衡状态

1.利用充要条件判断化学平衡状态的理论分析

充分必要条件，也称为充要条件，是高中数学基本的逻辑关系，其基本原理为假设A命题是条件，B命题是结论：

（1）由A可以推出B，由B可以推出A，则A是B的充分必要条件。

（2）由A可以推出B，由B不可以推出A，则A是B的充分不必要条件。

（3）由A不可以推出B，由B可以推出A，则A是B的必要不充分条件。

（4）由A不可以推出B，由B不可以推出A，则A是B的既不充分也不必要条件。

在化学平衡中，平衡状态和反应体系的状态量（浓度、温度、压强等）恒定之间，也可以用充要条件进行分析。将平衡状态定为命题A，状态量恒定设为命题B，则根据化学平衡的性质，对于一个具体的化学反应，在一定情况下达到平衡时“体系中所有反应物和生成物的质量（或浓度）保持不变”，可以推出反应体系中的物质的浓度不变，体系的温度，压强等不变。也就是说，A是B的充分条件。

同样，如果反应体系的状态量恒定，如果能够推出反应达到化学平衡状态，A就是B的必要条件，如果不能推出，就说明必要条件不成立。比如反应中，物质浓度一定，能够推出化学反应达到平衡，物质浓度恒定就是化学平衡状态的必要条件。因此，可以利用充分必要条件的思想，判断化学平衡状态。

2.充要条件判断化学平衡状态的实例分析(www.zuozong.com)

为了进一步说明充要条件判断化学平衡状态的应用，笔者选用2011年山东高考化学试卷中的问题进行分析，如例题1。

例题1：（2011年山东高考化学试卷第28题，节选）研究NO2、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。

（2）对于反应；ΔH=-41.8 kJ/mol

一定条件下，将NO2与SO2以体积比1∶2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是__________。

A.体系压强保持不变B.混合气体颜色保持不变

C.SO3和NO的体积比保持不变D.每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2

题目要求分析给出的物理量恒定能否判断化学平衡状态，利用充要条件进行分析。首先明确反应的特点，该反应是前后气体的计量数不变、放热的可逆反应。分析A选项：该反应前后的气体计量数不变，反应过程中气体的物质的量始终保持恒定，在温度和体积一定的情况下，压强始终不变。因此“体系压强保持不变”不是化学平衡状态的必要条件，不能用“体系压强保持不变”判定反应达到化学平衡状态。用同样的方法分析B选项：反应中只有二氧化氮是红棕色气体，只有当二氧化氮浓度不再变化时，混合气体颜色才能保持不变，而二氧化氮的浓度不变，化学反应必然达到化学平衡状态，因此“混合气体颜色保持不变”是化学平衡状态的必要条件，能够判断反应达到化学平衡状态。分析C选项：在该反应体系中SO3和NO是生成物，在只加入反应物的情况下，二者的体积比总是满足1∶1，即“SO3和NO的体积比保持不变”不是化学平衡状态的必要条件，不能判断是否达到化学平衡状态。同样分析D选项：“每消耗1 mol SO3的同时生成1 mol NO2”叙述的都是逆反应的速率，也不是化学平衡状态的必要条件。

从例题分析可以看出，充要条件的关系可以用于化学平衡状态的判断，并且由于充要条件的思想学生已经在数学上打下了良好的基础，学生理解起来更容易，用起来更熟悉，因此，在化学平衡状态的判断中引入该逻辑关系，有利于学生理解和判断。