構(gòu)建模型法解決平衡轉(zhuǎn)化率及平衡影響因素問題

山東 王淑芹

(作者單位：山東省德州市實(shí)驗(yàn)中學(xué))

構(gòu)建模型法解決平衡轉(zhuǎn)化率及平衡影響因素問題

在化學(xué)反應(yīng)原理中，學(xué)生雖已知道平衡常數(shù)是定量描述化學(xué)平衡狀態(tài)的參數(shù)，依據(jù)平衡常數(shù)可以分析反應(yīng)進(jìn)行的方向，并可以比較平衡移動(dòng)前后平衡轉(zhuǎn)化率的增減。但由于涉及計(jì)算，而且需要從理解的層面分析影響化學(xué)平衡的因素，學(xué)生容易產(chǎn)生理解誤區(qū)和應(yīng)用誤區(qū)。特別是改變條件，對(duì)反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率的變化以及壓強(qiáng)影響化學(xué)平衡的定量分析是最容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的難點(diǎn)。為解決這一難點(diǎn)，并強(qiáng)化化學(xué)平衡常數(shù)在定量分析化學(xué)平衡問題中的重要性，我們可以用構(gòu)建模型法解決以上問題。具體方案如下：

一、以教材中的典型可逆反應(yīng)為模型

從不同角度認(rèn)識(shí)其反應(yīng)特點(diǎn)，掌握各個(gè)因素對(duì)這些反應(yīng)平衡體系的影響結(jié)果。如：

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)放熱反應(yīng)氣體系數(shù)和減小2NO2(g)N2O4(g)放熱反應(yīng)氣體系數(shù)和減小,且只有一種反應(yīng)物H2(g)+I2(g)2HI(g)放熱反應(yīng)氣體系數(shù)和不變

二、強(qiáng)化平衡常數(shù)的計(jì)算，在計(jì)算中論證有關(guān)結(jié)論，構(gòu)建思維模型

【模型一】現(xiàn)以對(duì)“增大一種反應(yīng)物的濃度，能夠提高另一種反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，而自身的平衡轉(zhuǎn)化率卻減小”的理解與應(yīng)用為例說明。

( )

A.減小NO2的濃度

B.增加NO2的濃度

誤解：增大一種反應(yīng)物的濃度，平衡正向移動(dòng)，使另一種反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率增大，而自身的平衡轉(zhuǎn)化率減小，誤判為A正確。

誤解分析：盲目套用規(guī)律，忽略了該方程式中反應(yīng)物只有一種，而且反應(yīng)前后氣體的總物質(zhì)的量發(fā)生變化，因此在平衡正向移動(dòng)的過程中，所加入的NO2的反應(yīng)程度與原來不同。即新平衡與原平衡相比，不僅有濃度對(duì)平衡的影響，還產(chǎn)生了壓強(qiáng)因素對(duì)平衡的影響。

正確答案：B

模型構(gòu)建：應(yīng)用平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算論證，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)規(guī)律。

假設(shè)一定溫度下，在體積為2 L的容器中用2 mol NO2建立平衡時(shí)，NO2的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，現(xiàn)向平衡體系中再加入2 mol NO2，則

c0/mol·L-1___________1___________0

Δc/mol·L-1___________0.5___________0.25

c平/mol·L-1___________0.5___________0.25

∴K=0.25÷0.52=1

再充入2 mol NO2，則相當(dāng)于在原條件下，用4 mol NO2建立平衡，如果NO2的平衡轉(zhuǎn)化率不變，則

c0/mol·L-1___________2___________0

Δc/mol·L-1___________1___________0.5

c末/mol·L-1___________1___________0.5

∴Q=0.5÷12=0.5

結(jié)論：在溫度、體積不變的條件下，增大NO2的濃度，NO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大。

質(zhì)疑：該規(guī)律是否具有普遍性呢？下面以氨氣的分解為例再進(jìn)行論證：

c0/mol·L-1___________2___________0___________0

Δc/mol·L-1___________0.2___________0.1___________0.3

c平/mol·L-1___________1.8___________0.1___________0.3

∴K=0.33×0.1÷1.82=1/1 200

再充入2 mol NH3，相當(dāng)于用4 mol NH3建立平衡，假設(shè)NH3的平衡轉(zhuǎn)化率不變，則

c0/mol·L-1___________4___________0___________0

Δc/mol·L-1___________0.4___________0.2___________0.6

c末/mol·L-1___________3.6___________0.2___________0.6

此時(shí)，Q=0.63×0.2÷3.62=1/300>K,即此時(shí)反應(yīng)將逆向進(jìn)行，故達(dá)新平衡后，NH3的平衡轉(zhuǎn)化率將比原來更小。

綜上，可構(gòu)建該類問題的結(jié)論模型：對(duì)只有一種反應(yīng)物的可逆反應(yīng)建立的平衡，在溫度、體積不變時(shí)，增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)，而反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率則與方程式中的氣體系數(shù)和有關(guān)：若氣體系數(shù)和減小，則平衡轉(zhuǎn)化率增大；若氣體系數(shù)和增大，則平衡轉(zhuǎn)化率減小。

[理論分析]以例2為例，再充入2 mol NO2，可以認(rèn)為是將兩個(gè)完全相同的平衡體系合并在一起，并保持體積不變，實(shí)際相當(dāng)于原平衡的體積減小到原來的1/2。結(jié)合“加壓，平衡向氣體系數(shù)和減小的方向移動(dòng)”，則得出反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率增大的結(jié)論。

通過化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算論證，不僅可以使學(xué)生掌握基本計(jì)算思路，提高計(jì)算技巧，還可以在論證中加深對(duì)基本理論的理解和認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生從定量角度分析化學(xué)平衡問題的意識(shí)，從而減少思維誤區(qū)和知識(shí)應(yīng)用誤區(qū)，并且提高學(xué)生對(duì)問題的應(yīng)變能力。例如對(duì)上述問題，如果是反應(yīng)前后方程式中的氣體系數(shù)和相等，則反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率將不發(fā)生變化。

【模型二】壓強(qiáng)影響化學(xué)平衡的定量分析

( )

A.m+n>p

B.A的轉(zhuǎn)化率降低

C.平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

D.E的體積分?jǐn)?shù)增加

誤解：設(shè)原平衡中E的濃度為c，則新平衡中E的濃度為1.9c>c，故平衡正向移動(dòng)，A的轉(zhuǎn)化率增大，E的體積分?jǐn)?shù)增加，即D項(xiàng)正確，BC錯(cuò)誤。根據(jù)加壓(減小體積)，平衡向氣體系數(shù)和減小的方向移動(dòng)可知，m+n>p，故A項(xiàng)正確。

正解：假設(shè)原平衡體系的體積為V，E的平衡濃度為c，則原平衡體系中E的物質(zhì)的量為cV。則改變條件后，體積為V/2，濃度為1.9c，即E的物質(zhì)的量為1.9c×V/2=0.95cV

答案：BC

誤區(qū)分析：盲目從濃度的大小判斷平衡移動(dòng)導(dǎo)致的產(chǎn)物增減，而忽略了濃度的變化既受平衡移動(dòng)的影響，還直接受壓強(qiáng)(體積)變化的影響。

模型構(gòu)建：平衡移動(dòng)的結(jié)果，如果使反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)的量增加(即:使反應(yīng)物的物質(zhì)的量減少)，則稱為平衡正向移動(dòng)；反之，稱為平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)。

只有在體積不變的條件下，組分濃度的增減才與其物質(zhì)的量的增減保持一致，濃度的增減才直接體現(xiàn)平衡的移動(dòng)方向。

跟蹤訓(xùn)練

氣體體積/Lc(Y)/mol·L-1溫度/℃1241001.000.750.532001.200.900.633001.301.000.70

下列說法正確的是

( )

A.m>n

B.Q<0

C.溫度不變，壓強(qiáng)增大，Y的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少

D.體積不變，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)

(作者單位：山東省德州市實(shí)驗(yàn)中學(xué))