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等效平衡问题由于其涵盖的知识丰富,考察方式灵活,对思维能力的要求高,一直是同学们在学习和复习“化学平衡”这一部分内容时最大的难点。近年来,沉寂了多年的等效平衡问题在高考中再度升温,成为考察学生综合思维能力的重点内容。很多同学们在接触到这一问题时,往往有一种恐惧感,信心不足,未战先退。实际上,只要将等效平衡概念理解清楚,加以深入的研究,便可以找到巧妙的解题方法。解等效平衡的题,有一种基本的解题思想——极限转换思想。下面我们看一看这种极限转换思想在具体解题中的运用。
概念是解题的基石,只有深入理解概念的内涵和外延,才能在解题中触类旁通,游刃有余。人教版教材对等效平衡概念是这样表述的:“实验证明,如果不是从CO和H2O(g)开始反应,而是各取0.01molCO2和0.01molH2,以相同的条件进行反应,生成CO和H2O(g),当达到化学平衡状态时,反应混合物里CO、H2O(g)、CO2、H2各为0.005mol,其组成与前者完全相同。”
等效平衡的内涵是,在一定条件下(等温等容或等温等压),只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组成的质量分数(或体积分数)都相同,这样的平衡互为等效平衡。
等效平衡的外延是它的分类,即不同类型的等效平衡以及其前提条件,这在具体的解题过程中有更广泛的应用。等效平衡可分为两种类型:
I类:定温(T)、定容(V)条件下等效平衡的判断
1.对于反应前后气体分子数不等的可逆反应,只改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量,数值与原平衡相同,则二平衡等效。
例1(全国高考考题)在一定温度下,把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里,发生如下反应:2SO2+O2=2SO3,当此反应进行到一定程度时,反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)。如a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体积分数仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白:
(1)若a=0,b=0,则c= 2 。
(2)若a=0.5,则b= 0.25 和c= 1.5 。
(3)若a、b、c必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c): a+c=2 、 b+0.5c 。
2.在定T、V情况下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量,比值与原平衡相同,则二平衡等效。
II类:定温(T)、定压(P)下等效平衡的判断
在T、P相同的条件下,改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量,比值与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。
例2(南通市调研题)在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中,保持一定温度和压强,进行以下反应:N2+3H2=2NH3。已知加入1molN2和4molH2时,达到平衡后生成amolNH3(见下表“已知项”)。在相同温度、压强下,保持平衡时中组分的体积分数不变。对下列编号①——③的状态,填写表中的空白。
等效平衡问题的解答,关键在于判断题设条件是否是等效平衡状态,以及是哪种等效平衡状态。要对以上问题进行准确的判断,就需要牢牢把握概念的实质,认真辨析。只要明确了各种条件下达到等效平衡的条件,利用极限法进行转换,等效平衡问题就能迎刃而解了。
概念是解题的基石,只有深入理解概念的内涵和外延,才能在解题中触类旁通,游刃有余。人教版教材对等效平衡概念是这样表述的:“实验证明,如果不是从CO和H2O(g)开始反应,而是各取0.01molCO2和0.01molH2,以相同的条件进行反应,生成CO和H2O(g),当达到化学平衡状态时,反应混合物里CO、H2O(g)、CO2、H2各为0.005mol,其组成与前者完全相同。”
等效平衡的内涵是,在一定条件下(等温等容或等温等压),只是起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组成的质量分数(或体积分数)都相同,这样的平衡互为等效平衡。
等效平衡的外延是它的分类,即不同类型的等效平衡以及其前提条件,这在具体的解题过程中有更广泛的应用。等效平衡可分为两种类型:
I类:定温(T)、定容(V)条件下等效平衡的判断
1.对于反应前后气体分子数不等的可逆反应,只改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量,数值与原平衡相同,则二平衡等效。
例1(全国高考考题)在一定温度下,把2molSO2和1molO2通入一个一定容积的密闭容器里,发生如下反应:2SO2+O2=2SO3,当此反应进行到一定程度时,反应混合物就处于化学平衡状态。现在该容器中维持温度不变,令a、b、c分别代表初始加入的SO2、O2和SO3的物质的量(mol)。如a、b、c取不同的数值,它们必须满足一定的相互关系,才能保证达到平衡时,反应混合物中三种气体积分数仍跟上述平衡时的完全相同。请填写下列空白:
(1)若a=0,b=0,则c= 2 。
(2)若a=0.5,则b= 0.25 和c= 1.5 。
(3)若a、b、c必须满足的一般条件是(请用两个方程式表示,其中一个只含a和c,另一个只含b和c): a+c=2 、 b+0.5c 。
2.在定T、V情况下,对于反应前后气体分子数不变的可逆反应,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量,比值与原平衡相同,则二平衡等效。
II类:定温(T)、定压(P)下等效平衡的判断
在T、P相同的条件下,改变起始加入情况,只要按化学计量数换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量,比值与原平衡相同,则达平衡后与原平衡等效。
例2(南通市调研题)在一个盛有催化剂容积可变的密闭容器中,保持一定温度和压强,进行以下反应:N2+3H2=2NH3。已知加入1molN2和4molH2时,达到平衡后生成amolNH3(见下表“已知项”)。在相同温度、压强下,保持平衡时中组分的体积分数不变。对下列编号①——③的状态,填写表中的空白。
等效平衡问题的解答,关键在于判断题设条件是否是等效平衡状态,以及是哪种等效平衡状态。要对以上问题进行准确的判断,就需要牢牢把握概念的实质,认真辨析。只要明确了各种条件下达到等效平衡的条件,利用极限法进行转换,等效平衡问题就能迎刃而解了。