平衡原理很重要 多種應(yīng)用?？嫉?/h1>
2017-04-15 01:31:16安徽省靈璧縣黃灣中學(xué)234213
數(shù)理化解題研究 2017年7期
安徽省靈璧縣黃灣中學(xué)(234213)
華 振●
平衡原理很重要 多種應(yīng)用常考到
安徽省靈璧縣黃灣中學(xué)(234213)
華 振●
化學(xué)平衡原理是化學(xué)知識的基本原理之一，它不僅在解決化學(xué)問題中應(yīng)用廣泛，并且在其他學(xué)科領(lǐng)域也有應(yīng)用.下面舉例說明，希望同學(xué)們能夠從中得到有益的啟示.
一、在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
例1為了防止鐵制品生銹，可對其表面進行“發(fā)藍”處理：把鐵制品浸入熱的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化成一層致密的Fe3O4氧化膜，發(fā)生的反應(yīng)可表示如下：
某研究小組發(fā)現(xiàn)，若上述熱的混合溶液中NaOH的含量太少，氧化膜的厚度就太??；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄.請用化學(xué)平衡原理解釋發(fā)生這種現(xiàn)象的原因.
解析 許多同學(xué)看到本題會感到無從下手，究其原因是不能從整體都的角度分析題給三個化學(xué)方程式之間的相互聯(lián)系.反應(yīng)①、③是可逆反應(yīng)，反應(yīng)②是不可逆反應(yīng)，當(dāng)NaOH含量較少時，使反應(yīng)①生成的Na2FeO2及反應(yīng)②生成的Na2Fe2O4質(zhì)量都少，致使反應(yīng)③生成的Fe3O4的質(zhì)量也少，氧化膜的厚度就薄.當(dāng)NaOH含量太多時，盡管反應(yīng)①、②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的質(zhì)量增加，但太多的NaOH又會使反應(yīng)③的化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，結(jié)果生成的Fe3O4的質(zhì)量變少，氧化膜的厚度變薄.
由此可見，鐵制品進行“發(fā)藍”處理時，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一.
例2 (2016全國卷Ⅲ)丙烯腈(CH2CHCN)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2CHCHO)和乙腈(CH3CN)等.回答下列問題：(1) 以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學(xué)方程式如下：
C3H3N(g)+3H2O (g) ΔH=-515 kJ·mol-1①
C3H4O (g)+H2O (g) ΔH=-353 kJ·mol-1②
兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，其原因是____；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是____；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是____.
(2) 圖1為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460 ℃.低于460 ℃時，丙烯腈的產(chǎn)率____(填“是”或“不是”)對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是____；高于460 ℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是____(雙選，填標(biāo)號).
A. 催化劑活性降低 B. 平衡常數(shù)變大
C. 副反應(yīng)增多 D. 反應(yīng)活化能增大
(3) 丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n(丙烯)的關(guān)系如圖2所示.由圖可知，最佳n(氨)/n(丙烯)約為____，理由是____.進料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為____.
解析 (1) 由于反應(yīng)①、②均為放出熱量較多的反應(yīng)，產(chǎn)物的能量較低，故兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢很大；由于反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，且該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，故降低溫度和減小壓強均有利于反應(yīng)正向進行，從而提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是使用合適的催化劑.即應(yīng)順填：兩個反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；降低溫度、減小壓強；催化劑.
(2) 反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度，丙烯腈的平衡產(chǎn)率應(yīng)降低，故低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率不是對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460℃時，催化劑的活性降低、副反應(yīng)增多均可導(dǎo)致丙烯腈的產(chǎn)率降低，則選項A、C正確；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)減小，則選項B錯誤；升高溫度可以提高活化分子的百分數(shù)，但不能改變反應(yīng)所需的活化能，則選項D錯誤.即應(yīng)順填：不是；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低；A、C.
(3) 從圖2中可以看出，當(dāng)n(氨)/n(丙烯)≈1時，丙烯腈的產(chǎn)率最高，此時幾乎沒有丙烯醛；只發(fā)生反應(yīng)①時，NH3、O2、C3H6的物質(zhì)的量之比為1∶1.5∶1，結(jié)合空氣中O2的體積分數(shù)約為20%，可確定進料氣NH3、空氣、C3H6的理論體積之比約為1∶7.5∶1.即應(yīng)順填：1；該比例下丙烯腈產(chǎn)率高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低；1∶7.5∶1.
二、在農(nóng)業(yè)科技中的應(yīng)用
例3 某實驗小組研究CO2濃度對植物生長的影響，做了如下的對比實驗：
(1)取兩株形態(tài)、大小基本相同的同種綠色植物，分別置于甲、乙兩只相同的密閉玻璃容器內(nèi).
(2)在甲、乙兩容器內(nèi)分別充入CO2，并使乙容器內(nèi)CO2的濃度為甲容器內(nèi)的3倍.
(3)給甲、乙容器充足光照，4 h后，測得甲容器內(nèi)CO2的含量減少144 mg，乙容器內(nèi)CO2的含量減少162 mg.
問：(1)乙容器內(nèi)CO2的量比甲容器內(nèi)CO2的量減少得多的原因是什么？
(2)從該實驗的結(jié)果中，你能得到什么有益的啟示(舉一例有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的問題).
解析 (1)由于植物在光照下，光合作用和呼吸作用并存，故這一過程可視為可逆反應(yīng)：
根據(jù)化學(xué)平衡原理，不難判斷，增大CO2的濃度，可使平衡向正反應(yīng)方向移動，因而增加了CO2的消耗量，這一理論分析與實驗小組的實驗結(jié)果是相吻合的.
(2)由上述實驗結(jié)果知，增大CO2的濃度，可促進光合作用的進行，提高葡萄糖的產(chǎn)量(即提高農(nóng)作物的產(chǎn)量).若將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，例如在塑料大棚中充入一定量的CO2，就有可能使作物取得良好的增產(chǎn)效果.
三、在環(huán)境保護中的應(yīng)用
例4 人類目前對煤、石油的過度消耗，使空氣中的CO2濃度增大，導(dǎo)致地球表面溫度升高，形成了溫室效應(yīng).科學(xué)家對CO2的增多帶來的負面影響較為擔(dān)憂，于是提出將CO2通過管道輸送到海底的方法，這可減緩空氣中CO2濃度的增加，請你根據(jù)CO2的性質(zhì)和化學(xué)平衡原理回答：
(1)這樣長期下去，將給海洋造成什么樣的影響？
(2)你認為消除CO2的負面影響的最好方法是什么？
四、在人體科學(xué)中的應(yīng)用
例5 為什么健康人攝入少量的酸或堿后，血液的pH仍能保持在7.35 ～ 7.45的正常范圍內(nèi).請用化學(xué)平衡原理加以解釋.
五、在醫(yī)學(xué)為生中的應(yīng)用
A. 尿酸鈉溶液呈酸性 B. 尿酸鈉晶體難溶于水
C. 該正反應(yīng)應(yīng)為放熱反應(yīng) D. 該正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)
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《數(shù)理化解題研究》創(chuàng)刊于1997年12月，是由國家科委和國家新聞出版廣電總局正式批準發(fā)行(文件批號為國科發(fā)信字【1997】609號文件)，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的教育類學(xué)術(shù)期刊。國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN23-1413/G4，國際標(biāo)準出版物號ISSN：1008-0333。期刊在國家新聞出版總署、中國版本圖書館、國家圖書館都有收藏和備案，中國知網(wǎng)、維普、博看網(wǎng)全文收錄。
《數(shù)理化解題研究》是基于國家對教學(xué)改革的創(chuàng)新要求，針對我國基礎(chǔ)教育及高等教育的教學(xué)研究性雜志，突出創(chuàng)新性，探索性，思想性和方法性。既能幫助教師在教學(xué)過程中遇到的常見問題或者難點起到教學(xué)指導(dǎo)的作用，提升教師的整體教育水平和素質(zhì)，同時還能幫助學(xué)生拓展思路，解放思想，脫離題海戰(zhàn)術(shù)，提高學(xué)習(xí)成績。
《數(shù)理化解題研究》高中部分(郵發(fā)代號14-271)、初中部分(郵發(fā)代號14-272)以人教版的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進度為基準，同時兼顧各地教材版本，內(nèi)容側(cè)重于實用性、指導(dǎo)性和創(chuàng)新性，面向的讀者群側(cè)重于中學(xué)教師、教學(xué)研究人員、高考及中考命題人員及初三、高二、高三年級的學(xué)生。欄目主要有：高考(中考)命題導(dǎo)向與應(yīng)試研究；創(chuàng)新能力培養(yǎng)；解題思路、方法及技巧研究；多解與多變；錯解與反例；教材輔導(dǎo)與教學(xué)設(shè)計；名師講堂；章節(jié)練習(xí)與同步測試；學(xué)生佳作；學(xué)科教育研究等。
《數(shù)理化解題研究》綜合部分(郵發(fā)代號14-277)涵蓋了普通教育、職業(yè)教育及高等教育中有關(guān)數(shù)理化的學(xué)科教育研究，內(nèi)容主要是針對數(shù)理化解題的教學(xué)理論研究與創(chuàng)新，面向的讀者群側(cè)重于教師、教學(xué)研究人員、職業(yè)技能及技術(shù)指導(dǎo)培訓(xùn)人員和考試命題人員及學(xué)生。主要欄目有：考試命題導(dǎo)向與應(yīng)試研究；創(chuàng)新能力培養(yǎng)；解題思路、方法及技巧研究；名師講堂；理論與應(yīng)用研究；職業(yè)教育發(fā)展研究；教材輔導(dǎo)與教學(xué)設(shè)計；職業(yè)技術(shù)與技能研究；學(xué)科教育研究等。
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G632
B
1008-0333(2017)07-0096-02
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安徽省靈璧縣黃灣中學(xué)(234213)
華 振●
平衡原理很重要 多種應(yīng)用常考到
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化學(xué)平衡原理是化學(xué)知識的基本原理之一，它不僅在解決化學(xué)問題中應(yīng)用廣泛，并且在其他學(xué)科領(lǐng)域也有應(yīng)用.下面舉例說明，希望同學(xué)們能夠從中得到有益的啟示.
一、在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用
例1為了防止鐵制品生銹，可對其表面進行“發(fā)藍”處理：把鐵制品浸入熱的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化成一層致密的Fe3O4氧化膜，發(fā)生的反應(yīng)可表示如下：
某研究小組發(fā)現(xiàn)，若上述熱的混合溶液中NaOH的含量太少，氧化膜的厚度就太??；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄.請用化學(xué)平衡原理解釋發(fā)生這種現(xiàn)象的原因.
解析 許多同學(xué)看到本題會感到無從下手，究其原因是不能從整體都的角度分析題給三個化學(xué)方程式之間的相互聯(lián)系.反應(yīng)①、③是可逆反應(yīng)，反應(yīng)②是不可逆反應(yīng)，當(dāng)NaOH含量較少時，使反應(yīng)①生成的Na2FeO2及反應(yīng)②生成的Na2Fe2O4質(zhì)量都少，致使反應(yīng)③生成的Fe3O4的質(zhì)量也少，氧化膜的厚度就薄.當(dāng)NaOH含量太多時，盡管反應(yīng)①、②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的質(zhì)量增加，但太多的NaOH又會使反應(yīng)③的化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，結(jié)果生成的Fe3O4的質(zhì)量變少，氧化膜的厚度變薄.
由此可見，鐵制品進行“發(fā)藍”處理時，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一.
例2 (2016全國卷Ⅲ)丙烯腈(CH2CHCN)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2CHCHO)和乙腈(CH3CN)等.回答下列問題：(1) 以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學(xué)方程式如下：
C3H3N(g)+3H2O (g) ΔH=-515 kJ·mol-1①
C3H4O (g)+H2O (g) ΔH=-353 kJ·mol-1②
兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢均很大，其原因是____；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是____；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是____.
(2) 圖1為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對應(yīng)的溫度為460 ℃.低于460 ℃時，丙烯腈的產(chǎn)率____(填“是”或“不是”)對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是____；高于460 ℃時，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是____(雙選，填標(biāo)號).
A. 催化劑活性降低 B. 平衡常數(shù)變大
C. 副反應(yīng)增多 D. 反應(yīng)活化能增大
(3) 丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n(丙烯)的關(guān)系如圖2所示.由圖可知，最佳n(氨)/n(丙烯)約為____，理由是____.進料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為____.
解析 (1) 由于反應(yīng)①、②均為放出熱量較多的反應(yīng)，產(chǎn)物的能量較低，故兩個反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢很大；由于反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，且該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，故降低溫度和減小壓強均有利于反應(yīng)正向進行，從而提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是使用合適的催化劑.即應(yīng)順填：兩個反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；降低溫度、減小壓強；催化劑.
(2) 反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度，丙烯腈的平衡產(chǎn)率應(yīng)降低，故低于460℃時，丙烯腈的產(chǎn)率不是對應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460℃時，催化劑的活性降低、副反應(yīng)增多均可導(dǎo)致丙烯腈的產(chǎn)率降低，則選項A、C正確；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)減小，則選項B錯誤；升高溫度可以提高活化分子的百分數(shù)，但不能改變反應(yīng)所需的活化能，則選項D錯誤.即應(yīng)順填：不是；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低；A、C.
(3) 從圖2中可以看出，當(dāng)n(氨)/n(丙烯)≈1時，丙烯腈的產(chǎn)率最高，此時幾乎沒有丙烯醛；只發(fā)生反應(yīng)①時，NH3、O2、C3H6的物質(zhì)的量之比為1∶1.5∶1，結(jié)合空氣中O2的體積分數(shù)約為20%，可確定進料氣NH3、空氣、C3H6的理論體積之比約為1∶7.5∶1.即應(yīng)順填：1；該比例下丙烯腈產(chǎn)率高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低；1∶7.5∶1.
二、在農(nóng)業(yè)科技中的應(yīng)用
例3 某實驗小組研究CO2濃度對植物生長的影響，做了如下的對比實驗：
(1)取兩株形態(tài)、大小基本相同的同種綠色植物，分別置于甲、乙兩只相同的密閉玻璃容器內(nèi).
(2)在甲、乙兩容器內(nèi)分別充入CO2，并使乙容器內(nèi)CO2的濃度為甲容器內(nèi)的3倍.
(3)給甲、乙容器充足光照，4 h后，測得甲容器內(nèi)CO2的含量減少144 mg，乙容器內(nèi)CO2的含量減少162 mg.
問：(1)乙容器內(nèi)CO2的量比甲容器內(nèi)CO2的量減少得多的原因是什么？
(2)從該實驗的結(jié)果中，你能得到什么有益的啟示(舉一例有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的問題).
解析 (1)由于植物在光照下，光合作用和呼吸作用并存，故這一過程可視為可逆反應(yīng)：
根據(jù)化學(xué)平衡原理，不難判斷，增大CO2的濃度，可使平衡向正反應(yīng)方向移動，因而增加了CO2的消耗量，這一理論分析與實驗小組的實驗結(jié)果是相吻合的.
(2)由上述實驗結(jié)果知，增大CO2的濃度，可促進光合作用的進行，提高葡萄糖的產(chǎn)量(即提高農(nóng)作物的產(chǎn)量).若將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，例如在塑料大棚中充入一定量的CO2，就有可能使作物取得良好的增產(chǎn)效果.
三、在環(huán)境保護中的應(yīng)用
例4 人類目前對煤、石油的過度消耗，使空氣中的CO2濃度增大，導(dǎo)致地球表面溫度升高，形成了溫室效應(yīng).科學(xué)家對CO2的增多帶來的負面影響較為擔(dān)憂，于是提出將CO2通過管道輸送到海底的方法，這可減緩空氣中CO2濃度的增加，請你根據(jù)CO2的性質(zhì)和化學(xué)平衡原理回答：
(1)這樣長期下去，將給海洋造成什么樣的影響？
(2)你認為消除CO2的負面影響的最好方法是什么？
四、在人體科學(xué)中的應(yīng)用
例5 為什么健康人攝入少量的酸或堿后，血液的pH仍能保持在7.35 ～ 7.45的正常范圍內(nèi).請用化學(xué)平衡原理加以解釋.
五、在醫(yī)學(xué)為生中的應(yīng)用
A. 尿酸鈉溶液呈酸性 B. 尿酸鈉晶體難溶于水
C. 該正反應(yīng)應(yīng)為放熱反應(yīng) D. 該正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)
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《數(shù)理化解題研究》創(chuàng)刊于1997年12月，是由國家科委和國家新聞出版廣電總局正式批準發(fā)行(文件批號為國科發(fā)信字【1997】609號文件)，面向國內(nèi)外公開發(fā)行的教育類學(xué)術(shù)期刊。國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN23-1413/G4，國際標(biāo)準出版物號ISSN：1008-0333。期刊在國家新聞出版總署、中國版本圖書館、國家圖書館都有收藏和備案，中國知網(wǎng)、維普、博看網(wǎng)全文收錄。
《數(shù)理化解題研究》是基于國家對教學(xué)改革的創(chuàng)新要求，針對我國基礎(chǔ)教育及高等教育的教學(xué)研究性雜志，突出創(chuàng)新性，探索性，思想性和方法性。既能幫助教師在教學(xué)過程中遇到的常見問題或者難點起到教學(xué)指導(dǎo)的作用，提升教師的整體教育水平和素質(zhì)，同時還能幫助學(xué)生拓展思路，解放思想，脫離題海戰(zhàn)術(shù)，提高學(xué)習(xí)成績。
《數(shù)理化解題研究》高中部分(郵發(fā)代號14-271)、初中部分(郵發(fā)代號14-272)以人教版的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進度為基準，同時兼顧各地教材版本，內(nèi)容側(cè)重于實用性、指導(dǎo)性和創(chuàng)新性，面向的讀者群側(cè)重于中學(xué)教師、教學(xué)研究人員、高考及中考命題人員及初三、高二、高三年級的學(xué)生。欄目主要有：高考(中考)命題導(dǎo)向與應(yīng)試研究；創(chuàng)新能力培養(yǎng)；解題思路、方法及技巧研究；多解與多變；錯解與反例；教材輔導(dǎo)與教學(xué)設(shè)計；名師講堂；章節(jié)練習(xí)與同步測試；學(xué)生佳作；學(xué)科教育研究等。
《數(shù)理化解題研究》綜合部分(郵發(fā)代號14-277)涵蓋了普通教育、職業(yè)教育及高等教育中有關(guān)數(shù)理化的學(xué)科教育研究，內(nèi)容主要是針對數(shù)理化解題的教學(xué)理論研究與創(chuàng)新，面向的讀者群側(cè)重于教師、教學(xué)研究人員、職業(yè)技能及技術(shù)指導(dǎo)培訓(xùn)人員和考試命題人員及學(xué)生。主要欄目有：考試命題導(dǎo)向與應(yīng)試研究；創(chuàng)新能力培養(yǎng)；解題思路、方法及技巧研究；名師講堂；理論與應(yīng)用研究；職業(yè)教育發(fā)展研究；教材輔導(dǎo)與教學(xué)設(shè)計；職業(yè)技術(shù)與技能研究；學(xué)科教育研究等。
稿件錄用要求：
1.文章內(nèi)容強調(diào)實用性、方法性及創(chuàng)新性，針對教學(xué)中存在的普遍問題獨立思考，內(nèi)容翔實，研究規(guī)范，論證嚴謹。
2.稿件用詞準確、語言精煉，文章層次分明，圖表清晰規(guī)范，標(biāo)點符號使用正確；論文應(yīng)有簡短的內(nèi)容摘要，3-6個關(guān)鍵詞和規(guī)范的參考文獻表。
3.來稿請署名真實姓名、工作單位、地址、郵編和電話，同時要附有作者簡介。
4.稿件必須原創(chuàng)且不得重復(fù)發(fā)表，凡向本刊投稿的作者，文責(zé)自負。 對于欺騙本刊或侵犯他人版權(quán)與其他權(quán)利的文字、 繪畫、 圖片稿件， 由作者自行承擔(dān)法律責(zé)任， 本刊概不承擔(dān)任何連帶責(zé)任。本刊對剽竊作品深惡痛絕， 一經(jīng)查實， 本刊將予以公開揭露并按出版法的有關(guān)規(guī)定追究責(zé)任。
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1008-0333(2017)07-0096-02
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