等效平衡解题中的极限方法与运用技巧.doc

用极限假设法解决等效平衡问题河南上省蔡县蔡沟初中 马卫群 463800 极限假设是科学研究中常见的一种思维方式，也是化学解题中常用的技巧和策略。在高考化学试题中，与等效平衡有关的试题尽管经常出现，尽管等效平衡的知识学生掌握得很好，可是遇到此类问题仍有很多学生束手无策造成失分。在教学中教会学生极限假设方法，可以从根本上解决这一问题。本文兹举几例谈谈化学解题中的最基本，最重要的极限假设方法与应用。 一 三类等效平衡简介 1 恒温恒容条件下的等效平衡 对于在恒温恒容条件下进行的可逆反应: （g)+ 2B(g) C(g) 开始时按下列物质的配比进行，建立的平衡是等效的（）1molA+2molB；()1molC；（）0.5molA+1molB+0.5molC ()0.25molA+0.5molB+0.75molC，等等总结为“同起点，同终点” 2 恒温恒压条件下的等效平衡 对于在恒温恒压条件下进行的可逆反应：A(g)+2B(g) C(g)开始时按下列物质的配比进行，建立的平衡是等效的（）1molA+2Bmol；（）2molA+4molB；（）n molA+2n molB；（）n molC（）,（）n中为任意实数总结为“成比例，同终点” 等体积变化的等效平衡 不论是恒温恒容还是恒温恒压条件下进行的可逆反应: A(g)+2B(g) C(g) (上述反应前后体积不变,称之为等体积变化), 开始时按下列物质的配比进行，建立的平衡是等效的(1)lmolA+1Bmol；（）2molA+2molB；（）n molA+ n mol B；（）n molC (3),(4)中n为任意实数.总结为”成比例,同终点” 二 极限假设法法的应用分析 就是把研究的对象或过程变化通过假设并推测理想的极限值,使因果关系变得非常明显,从而得出正确判段.例 1 在密闭容器中进行的反应: X(g) + 4Y(g) 2P(g) + 3Q(g), X Y P Q 初始的物质的量分别为:0.1mol , 0.4mol, 0.2mol , 0.3mol, .在一定条件下,当反应达到平衡后,各物质的物质的量不可能的是( )A. X为0.15mol B. Y为0.9mol C. P为0.3mol D. Q为0.55mol方法与技巧:通过讨论正,逆反应的两个极端结果,判断各物质物质的量的变化范围,进而做出正确的判断.假设反应向正反应方向完全进行到底,则X(g) +4Y(g) 2P(g) +3Q(g) 起始量/mol 0.1 0.4 0.2 0.3 极限量/mol 0 0 0.4 0.6假设反应向逆反应方向完全进行到底,则X(g) +4Y(g) 2P(g) +3Q(g) 起始量/mol 0.1 0.4 0.2 0.3 极限量/mol 0.2 0.8 0 0 由于反应的可逆性,反应完全进行到底是不可能的.因此,上述各物质的量的变化范围是:0 故本题的正确选项为B.例2. 在一个容积固定的反应容器中,有一个左右无摩擦可自由滑动的隔板,两侧分别进行如图所示的可逆反应,各物质的起始加入量如下:M为2.5mol ,N为3.0mol ,P为0 ;A , C , D各为0.5mol, B为Xmol. 当X在一定范围内变化时,均可通过调节反应器的温度,使两侧反应都达到平衡,并且使隔板恰好处于反应器的正中位置, 2M(g)+3N(s) 2P(g) A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g) 若达到平衡后,测得M的转化率为75,欲使右室反应开始时v正v逆, X的取值范围是 方法与技巧: 左室进行的反应:2M(g)+3N(s) 2P(g),因N为固态物质,所以该反应是一个反应前后气体体积不变的反应,因此无论M的转化率如何,左室中气体的物质的量总为2.5mol.当两侧反应都达到平衡后,若使隔板恰好处于反应器正中位置,右室气体的总物质的量也必须是2.5mol.因此,欲使右室反应开始V正V逆,反应向正反应即气体体积缩小的方向进行,则右室反应开始时A , B, C, D的总物质的量应大于2.5mol.因此A, C, D各为0.5mol,一定有B的物质的量X1. 假设反应向正反应方向完全进行到底,则B应完全转化,A可能不一定完全转化,有: A (g) + 4B(g)= 2C(g) + D(g) 起始量/mol 0.5 X 0.5 0.5 极限量/mol 0.5- 0 0.5+ 0.5+(0.5-(0.5+)+(0.5+)=2.5 解得X=2由于反应的可逆性,反应完全进行到底是不可能的,故X2. 因此, 欲使右室反应开始时V正V逆, X的取值范围是1X2 .2 过程假设过程假设即把实际较为复杂的变化过程假设为若干个简单,理想的过程,并以其为参照,使问题化难为易,避繁就简,并得以解决. 例 3 某温度下,在固定容积的密闭容器中,可逆反应A(g) + 3B(g)=2C(g)达到平衡时,A, B, C各物质的物质的量分别是2mol , 2mol h和1mol.保持温度不变,再充入A, B, C 的物质的量分别为2mol, 2mol, 和1mol, 则( ) A, 平衡向逆方向移动 B, 平衡不发生移动 C, A的转化率提高 D, C的体积分数减小 方法和技巧:此类问题一般是先构建一个虚拟的同温,同压的等效平衡, 再依据题意进行放缩,根据勒夏特列原理进一步做出判断.2molA2molB1molC2molA2molB1molC2mloA2molB1molC 互为等效 = 1 2 如图,同温同压下,容器1与虚拟容器2的左,右两部分完全相同,平衡时互为等效.当把容器2中假想的隔板抽出,容器1与虚拟容器2的平衡依然等效. 依题意,此时我们推动假想的活塞左移, 使容器2的体积与容器1的相同, 即相当于在原实验条件不变的情况下, 向原容器中再充入物质的量分别为2mol, 2mol和1mol的A, B, C.根据勒夏特列原理,平衡将向着气体体积减小的方向即正反应方向移动,随之A的转化率提高,C的体积分数增大,故本题正确选项为C .例 4 某温度下,在一容积可变的容积中, 反应2A(g)+ B(g) 2C(g)达到平衡时, A, B和C的物质的量分别为4mol, 2mol和4mol. 保持温度和压强不变, 对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整, 可使平衡向右移动的是( ) A, 均减半 B,均加倍 C,均增加1mol D,均减小1mol 方法与技巧: 由于反应过程中容积可变即压强不变, 同时又有温度也不变,因此, 选项A, B中当三者的物质的量均减半或加倍变化时, 容器的体积也相应地缩小为原来的1/2或增大为原来的2倍, 各组分的浓度不变, 此时与原平衡互为等效, 反应继续维持原平衡状态, 平衡不发生移动. 即在恒温恒压下, 当加入或减少反应物的物质的量之比等于原始物料之比(本题为2 :1 :2), 平衡时, 二者即互为等效平衡。 因此, 选项C中当三者的物质的量均增加1mol时, 可设想为两步加入, 即第一次加入A, B,C 各1mol, 0.5mol, 1mol ,因同温同压下, 加入物料的物质的量之比等于原始物料之比, 平衡时互为等效, 此时平衡不发生移动, 第二次再加入0.5mol B, 增大了反应物的浓度, 则平衡向右移动. 选项D中三者物质的量均减