“轻松学习化学平衡”研究性学习论文…

2000千字以上…

2025-03-25 08:33:14

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回答1：

化学平衡理论是中学化学最重要的基础理论之一，是研究可逆反应、弱电解质电离、盐类水解的工具性知识，同时也是各类选拔性考试必考的一个大知识点。因为它能够灵活多变地培养学生的分析能力和逻辑思维能力,更是训练学生思维敏捷性的最佳知识,因此这一部分知识倍受广大师生的睛睐。然而，在教学过程中我发现若不弄清下列三个问题，则很容易引起知识上的混乱，一个是压强影响化学反应速率的实质及其等效操作是什么？一个是对勒沙特列原理的理解：是“减弱”还是“抵消”？一个是要弄清题给条件：是等容还是变容？

　　一、压强影响化学反应速率的实质是：必须改变反应物或生成物的浓度。通常所说的“加压”等效于缩小容嚣的体积，“减压”等效于扩大容器的体积。

　　例1、在密闭容器中，反应2SO3 2SO2+O2 — Q 在某温度下达到平衡，若体系压强增大，平衡怎样移动？

　　不少同学遇到这一问题，往往不假思索地回答：“增大压强，平衡向气体分子数减少的方向移动，即向左移动。”这是很片面的，由PV= nRT，可知P = nRT / V，增大体系压强的途径至少有5种情况，而对该平衡体系的影响却不尽相同。

（1）等温压缩容积，平衡向左移。

（2）等温等容充入SO2或O2，平衡向左移。

（3）温等容充入SO3，平衡向右移。

（4）等容升温，平衡向右移动。

（5）等温等容充入不参与反应的气体，如He气、N2气，因各物质的浓度不发生变化，所以平衡不移动

　　因此，要注意区别“体系压强增大”与“加压”这两种说法的不同含义。否则，做题时将无所适从。

　　二、改变影响平衡的一个条件，平衡移动的结果只能是“减弱”这种改变，不是“抵消”这种改变，更不会“超越”这种改变。

　　最直接的例子是课本（人教版95年10月第二版）中[实验1---5]，即：对2NO2 N2O4 平衡体系，压缩体积，气体颜色先变深又变浅，但比原平衡状态深。（压缩的瞬间，NO2-和N2O4的浓度都增大，V正、V逆都增大，但V正增大的倍数更大，使平衡向正反应方向移动，结果NO2的浓度与压缩的瞬间相比又减小，但不能减少到原来的浓度，重新达到平衡时，还比原平衡状态的浓度大。）也就是说，对于一个气态平衡体系而言，等温压缩体积，不管平衡怎样移动，再次平衡时，体系内各气体的浓度都比原平衡的大；等温扩大容积，不管平衡怎样移动，再次平衡时，体系内各气体的浓度都比原平衡体系的小。

　　例2、常温下的定容容器中，建立如下平衡：3NO2+H2O NO+2HNO3 ，在其它条件不变时，若往容器中通入少量的氧气后，原体系将会发生的变化的是（）

（A）平衡向正反应方向移动（B）NO的物质的量可能不变

（C）NO的物质的量一定会减少（D）NO2增加的物质的量是通入氧气的物质的量的2倍。

　　分析：设充入a mol O2，则发生2NO+O2 = 2NO2，常温下，该反应几乎不可逆，所以，反应掉2a mol NO，使平衡向右移动，但移动的结果不能再生成2a mol NO 。

（答案是A C。）

　　又如：例3、反应2A（气） 2B（气）+ C（气）—Q ，在未用催化剂的条件下，已达平衡，现要使正反应速率降低、[B] 减小，应采用的措施是（）

（A）升温（B）增大反应器的体积（C）增大[A] （D）降温

（答案是B D ）

　　三、做有关化学平衡的习题时，要首先明确反应器的容积是定容还是变容。若不能确定，则应讨论。在设计习题时一定要给足反应条件。因为对气态平衡体系而言，“定容”还是“变容”，所得的结果往往是大相迳庭的。

　　例4、一定温度下在密闭容器进行如下反应 2SO2+O2 2SO3 ，平衡时充入O2气，问SO2、O2、SO3的浓度以及正逆反应速率怎样变化？平衡怎样移动？若充入He气呢？

　　分析：该题即属于条件不明确的习题。因为密闭容器只表明容器内的气体与外界不能交换，没有表明容积可变与否。现在，一些广为流传的资料中有不少这类条件不明确的习题，有的题目虽不错，但所给答案却是错误的或不完整的，造成了知识上的混乱，打消了一部分学生学习化学平衡的信心。现对该题分析如下：

　　(1) 若等温等容，在充入O2的瞬间，[O2]增大，[SO2]、 [SO3]不变，所以V正增大、V逆不变，使平衡向右移动，[O2]、[SO2]要减少，[SO3]要增大；重新达到平衡时，[SO2]减少，[O2]、[SO3]都比原来大。若充入He气，因[O2]、[SO2]、[SO3]浓度不发生变化，所以平衡不移动。

　　(2)若等温等压充入O2，则容积必然增大。[SO2]、[SO3]都在瞬间同等程度地减，[O2]却增大，所以V正增大，V逆减小，平衡向右移动，达到平衡时，[SO2] 、［SO3］都比原来小，[O2]比原平衡状态时大。充入He气，容积扩大，相当于等温扩大容积,在充入He气的瞬间，V正、V逆都减小，但V正减小的倍数大，所以平衡向左移动，重新达到的平衡时，[SO2]、[SO3]、[O2]均减小。

　　例5。一定温度下的密闭容器内，充入2 mol N2 、6mol H2 发生反应：N2+3H2 2NH3达到平衡后，NH3的体积分数为 a%，N2的转化率为m，方法指导

解等效平衡的题，有一种基本的解题方法——极限转换法。由于等效平衡的建立与途径无关，不论反应时如何投料，都可以考虑成只加入反应物的“等效”情况。所以在解题时，可以将所加的物质“一边倒”为起始物质时，只要满足其浓度与开始时起始物质时的浓度相同或成比例，即为等效平衡。但是，要区分“浓度相同”或“浓度成比例”的情况，必须事先判断等效平衡的类型。有了等效平衡类型和条件的判断，就可以采用这种“一边倒”的极限转换法列关系式了。下面我们看一看这种极限转换法在解题中的运用。

【例1】在1L密闭容器中通入2molNH3，在一定温度下发生下列反应：2NH3 N2 + 3H2，达到平衡时容器内N2的百分含量为a%，若维持容器的体积和温度不变，分别通入下列几组物质，达平衡时,容器内N2的百分含量也为a%的是( )。

A. 3mol H2和1mol N2

B. 2mol NH3和1mol N2

C. 2mol N2和3mol H2

D. 0.1mol NH3,0.95mol N2和2.85mol H2

【解析】这是一个“等效平衡”题。首先判断等效平衡的类型为等温等容下的等效平衡，平衡等效的条件是“反应物的投料相当”。投料相当如何体现在具体的物质当中呢？我们可以采用“一边倒”的极限法。凡能与起始时反应物2molNH3相同的,都可以得到N2的百分含量也为a%,即为等效平衡。根据方程式2NH3 N2 + 3H2分析:

A. 将3molH2和1molN2完全转化为NH3,生成NH32mol与起始时反应物2mol

NH3相同；

B. 2molNH3和1molN2,比起始时2molNH3多了1molN2；

C. 将3molH2和2molN2转化为NH3时生成NH32mol,同时余1mol N2,比起始时2molNH3多了1molN2;

D. 将0.95molN2和2.85molH2完全转化为NH3时生成NH3 1.9mol,再加上加入的0.1mol NH3，共为2mol NH3,与起始时2mol NH3相同。

故本题正确答案为A、D。

通过以上的例题分析，可以归纳出“等效平衡”题的解答步骤是：（1）判断题目是否属于“等效平衡”问题；（2）判断等效平衡类型及条件；（3）将已知反应物、生成物中的所有起始物质的物质的量，按化学方程式计量系数全部换算成反应物或生成物；（4）根据题设条件建立等效平衡关系式；（5）解关系式得出答案。

三．好题精解

知道了“等效平衡”题的常规解题步骤和解题方法，大家处理起类似的问题来就会更有信心了。但是，想要把等效平衡问题融会贯通，还需要在一些综合性较强的题中体会“等效平衡”解题中“极限”的思想。下面提供一道综合性的“等效平衡”题，希望对大家深化对“等效平衡”的认识有所帮助。【例2】150oC时,向如图所示的容器(密封的隔板可自由滑动,整个过程中保持隔板上部压强不变)中充入4LN2和H2的混合气体,在催化剂作用下充分反应(催化剂体积忽略不计),反应后恢复到原温度，平衡后容器体积变为3.4L,容器内气体对相同条件氢气的相对密度为5。

(1)反应前混合气体中V(N2)：V(H2)= ；反应达平衡后V(NH3)= ;该反应中N2的转化率为。

(2)向平衡后的容器中充入0.2mol的NH3,一段时间后反应再次达到平衡（恢复到150oC）

充入NH3时,混合气体的密度将；在达到平衡的过程中,混合气体的密度将 (填“增大”、“减小”或“不变”)；反应重新达平衡时混合气体对氢气的相对密度将 5(填“>0”、“<0”或“=0”)；

【解析】

(1)从题干内容发现,反应的始态和终态温度和压强相等,前后体积之比等于物质的量之比,又由于终态的平均相对分子质量为10,所以不难算出反应前的平均相对分子质量为8.5,再利用十字交叉很易算出V(N2)：V(H2)=1：3;由此便不难求出反应达平衡后的V(N2)、V(H2)、V(NH3)分别为0.7L、2.1L、0.6L,转化率(N2)=0.3/1=30%。

(2)在第一次平衡体系(平均相对分子质量为5×2=10)中再加入0.2molNH3(相对分子质量为17)时,混合气体的密度无疑会增大。但是在达到第二次平衡过程中,是在上次平衡位置上向合成氨反应的逆方向移动,所以该过程中混合气体的密度将逐步减小。而达到第二次平衡时混合气体对氢气的密度仍将等于5。这是因为这两次平衡是属于等温等压下的等效平衡。

从两道例题的分析可以看出，解等效平衡的题，关键在理解概念，判断等效平衡的类型和条件。只要在这个关键问题上思路正确，就能采用极限转化法列出计算式。

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