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摘 要:化学平衡理论在学习《化学反应原理》板块中,是学生学习过程中比较难以理解的内容。这部分内容知识比较抽象化,对逻辑思维要求比较高,因而在学习过程中如何有效的去学习,成为困扰教师教学的一个关键问题。通过多年的教学,我认为学生在学习过程中没能够把整个专题内容系统化、网络化,也没能够做到对知识有效的总结与归纳。
关键词:化学平衡;规律;“对应相当”
化学平衡移动原理(即勒夏特列原理)是本部分内容的纲领性理论,在本部分教材中把化学平衡问题又细分成:弱电解质的电离平衡、水的电离平衡、盐类的水解、难溶电解质的沉淀溶解平衡几部分,在这些内容中均涉及到平衡的特点、影响平衡移动的外界因素、化学平衡常数、转化率等问题,下面针对这几个问题具体谈谈我的体会:
1. 特点:均可用“逆、等、动、定、变”来概括,逆,所对应的均为某个可逆过程;等,达平衡时正反应速率等于逆反应速率,但不等于零;动,所有平衡都是动态平衡,也就是说反应并未停止;定,达平衡时,体系中各组分的浓度、百分含量保持不再变化;变,当某个外界条件改变时,平衡将发生移动,且当旧平衡被打破后,化学反应将再建立一个新的化学平衡状态。
2. 外界影响因素:影响平衡的外界因素中无外乎有浓度、温度、压强三方面。浓度改变具体规律为增大反应物浓度或减小生成物浓度,任何化学平衡均向正反应方向移动(向右移动),减小反应物浓度或增大生成物浓度平衡均向逆反应方向移动(向左移动)。但要注意:增大或减小固体或纯液体的用量,该物质的浓度不改变视为常数,因此化学平衡也不会发生移动;温度改变时,因为任何一个化学反应过程都一定存在能量变化,所以任何平衡均会发生移动。移动方向为:升温,化学平衡向吸热反应方向移动,降温,向放热反应方向移动。又因为弱电解质的电离和盐类的水解均是吸热的,所以升温平衡一定向右(正反应方向)移动,降温平衡一定向左(逆反应方向)移动;压强,只适用于有气体参与的平衡体系,因而对于弱电解质的电离平衡、水的电离平衡、盐类的水解、难溶电解质的沉淀溶解平衡来说,因为无气体参与,所以平衡均不移动。
3. 化学平衡常数:对于可逆反应:mA nBpC qD,在一定温度下,无论反应物起始浓度如何,反应达平衡时都有
Kc=cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B),并且所得数值为常数。书写时注意固体和纯液体不用写入表达式中。在弱电解质的电离平衡中称为电离平衡常数;在水的电离平衡中又称为水的离子积常数,用Kw表示;在难溶电解质的沉淀溶解平衡中简称溶度积,用Ksp表示。无论哪种表示,实际上都属于化学平衡常数,都是只与物质本身性质和受温度影响的一个常数。
4. 转化率:某物质的转化率=该物质转化的物质的量/该物质起始加入量×100%,对于不同平衡而言,只不过说法不同而已。比如:弱电解质的电离平衡中称为电离度,盐类水解中称水解程度等等。
5. 解决平衡问题的方法和技巧:等效法即“对应相当”原则。
对于不同起始加入量而达到相同平衡状态的问题而言,需要转化成相同条件下再进行比较。若已知加入的是反应物,则需把其他的加入形式按照化学反应计量数关系转化成反应物,即让生成物全部反应掉;若已知加入的是生成物,则需把其他的加入形式按照化学反应计量数关系转化成生成物,即让反应物全部反应掉。转化后各物质对应量达到“相当(相等或者相互成比例)”。只有这样后才能达到等效。
两种不同的起始加入量,按照化学计量数关系全部转化为反应物或者生成物后,怎样才算是相当呢?这需要看外界条件和反应本身特点,在温度恒定的情况下,分为恒容和恒压两种情况:
恒容时,若反应前后气体分子数目不等,则应满足“对应相等”,这样才能达到等效平衡;若反应前后气体分子数目相等,则应满足“对应成比例”即可达到等效平衡。
恒压时,无论反应是何种情况,则只需满足“对应成比例”即可达到等效平衡。
【例题】 在一个体积恒定的闭容器中,当温度不变的情况下,发生反应:A(g) 2B(g)3C(g)。已知加入2mol A和2mol B,达到平衡时,生成物C的体积分数为a%。
(1)若在相同条件下,起始加入3mol C,同时需要加入 mol A,达平衡时C的体积分数仍为a%。
(2)在相同条件下,若在同一容器中改为加入m mol A、n mol B和q mol C,达到平衡后C的体积分数仍为a%。,则m、n、q之间应满足 关系(用含m、n、q的等式表示)。
【解析】 本题符合恒温、恒容条件下的反应前后气体分子数相等的情况,因而按照化学计量数全部转化为反应物后只需满足对应成比例即可。
(1)设需加入xmol A,3mol C完全转化后可生成1mol A和2 mol B,因此只需满足(1 x) ∶2 = 2∶2,即x=1即可;
(2)将q mol C按照化学计量数完全转化后可生成q/3mol A和2q/3 mol B,此时只需满足: (m q/3) ∶(n 2q/3)=2∶2即可与原起始等效,即达到平衡后C的体积分数仍为a%。
【答案】 (1)1 (2)(m q/3)∶(n 2q/3)=2∶2
總之,在解决化学平衡移动问题时,以平衡移动原理为总纲,总体去分析理解各种平衡问题,就能够大大地增加学生对知识的理解,为学习本模块降低难度,提升信心。
作者简介:陈宏伟,河北省唐山市,迁安市第三中学。
关键词:化学平衡;规律;“对应相当”
化学平衡移动原理(即勒夏特列原理)是本部分内容的纲领性理论,在本部分教材中把化学平衡问题又细分成:弱电解质的电离平衡、水的电离平衡、盐类的水解、难溶电解质的沉淀溶解平衡几部分,在这些内容中均涉及到平衡的特点、影响平衡移动的外界因素、化学平衡常数、转化率等问题,下面针对这几个问题具体谈谈我的体会:
1. 特点:均可用“逆、等、动、定、变”来概括,逆,所对应的均为某个可逆过程;等,达平衡时正反应速率等于逆反应速率,但不等于零;动,所有平衡都是动态平衡,也就是说反应并未停止;定,达平衡时,体系中各组分的浓度、百分含量保持不再变化;变,当某个外界条件改变时,平衡将发生移动,且当旧平衡被打破后,化学反应将再建立一个新的化学平衡状态。
2. 外界影响因素:影响平衡的外界因素中无外乎有浓度、温度、压强三方面。浓度改变具体规律为增大反应物浓度或减小生成物浓度,任何化学平衡均向正反应方向移动(向右移动),减小反应物浓度或增大生成物浓度平衡均向逆反应方向移动(向左移动)。但要注意:增大或减小固体或纯液体的用量,该物质的浓度不改变视为常数,因此化学平衡也不会发生移动;温度改变时,因为任何一个化学反应过程都一定存在能量变化,所以任何平衡均会发生移动。移动方向为:升温,化学平衡向吸热反应方向移动,降温,向放热反应方向移动。又因为弱电解质的电离和盐类的水解均是吸热的,所以升温平衡一定向右(正反应方向)移动,降温平衡一定向左(逆反应方向)移动;压强,只适用于有气体参与的平衡体系,因而对于弱电解质的电离平衡、水的电离平衡、盐类的水解、难溶电解质的沉淀溶解平衡来说,因为无气体参与,所以平衡均不移动。
3. 化学平衡常数:对于可逆反应:mA nBpC qD,在一定温度下,无论反应物起始浓度如何,反应达平衡时都有
Kc=cp(C)·cq(D)cm(A)·cn(B),并且所得数值为常数。书写时注意固体和纯液体不用写入表达式中。在弱电解质的电离平衡中称为电离平衡常数;在水的电离平衡中又称为水的离子积常数,用Kw表示;在难溶电解质的沉淀溶解平衡中简称溶度积,用Ksp表示。无论哪种表示,实际上都属于化学平衡常数,都是只与物质本身性质和受温度影响的一个常数。
4. 转化率:某物质的转化率=该物质转化的物质的量/该物质起始加入量×100%,对于不同平衡而言,只不过说法不同而已。比如:弱电解质的电离平衡中称为电离度,盐类水解中称水解程度等等。
5. 解决平衡问题的方法和技巧:等效法即“对应相当”原则。
对于不同起始加入量而达到相同平衡状态的问题而言,需要转化成相同条件下再进行比较。若已知加入的是反应物,则需把其他的加入形式按照化学反应计量数关系转化成反应物,即让生成物全部反应掉;若已知加入的是生成物,则需把其他的加入形式按照化学反应计量数关系转化成生成物,即让反应物全部反应掉。转化后各物质对应量达到“相当(相等或者相互成比例)”。只有这样后才能达到等效。
两种不同的起始加入量,按照化学计量数关系全部转化为反应物或者生成物后,怎样才算是相当呢?这需要看外界条件和反应本身特点,在温度恒定的情况下,分为恒容和恒压两种情况:
恒容时,若反应前后气体分子数目不等,则应满足“对应相等”,这样才能达到等效平衡;若反应前后气体分子数目相等,则应满足“对应成比例”即可达到等效平衡。
恒压时,无论反应是何种情况,则只需满足“对应成比例”即可达到等效平衡。
【例题】 在一个体积恒定的闭容器中,当温度不变的情况下,发生反应:A(g) 2B(g)3C(g)。已知加入2mol A和2mol B,达到平衡时,生成物C的体积分数为a%。
(1)若在相同条件下,起始加入3mol C,同时需要加入 mol A,达平衡时C的体积分数仍为a%。
(2)在相同条件下,若在同一容器中改为加入m mol A、n mol B和q mol C,达到平衡后C的体积分数仍为a%。,则m、n、q之间应满足 关系(用含m、n、q的等式表示)。
【解析】 本题符合恒温、恒容条件下的反应前后气体分子数相等的情况,因而按照化学计量数全部转化为反应物后只需满足对应成比例即可。
(1)设需加入xmol A,3mol C完全转化后可生成1mol A和2 mol B,因此只需满足(1 x) ∶2 = 2∶2,即x=1即可;
(2)将q mol C按照化学计量数完全转化后可生成q/3mol A和2q/3 mol B,此时只需满足: (m q/3) ∶(n 2q/3)=2∶2即可与原起始等效,即达到平衡后C的体积分数仍为a%。
【答案】 (1)1 (2)(m q/3)∶(n 2q/3)=2∶2
總之,在解决化学平衡移动问题时,以平衡移动原理为总纲,总体去分析理解各种平衡问题,就能够大大地增加学生对知识的理解,为学习本模块降低难度,提升信心。
作者简介:陈宏伟,河北省唐山市,迁安市第三中学。