“虛擬模型”在復(fù)雜平衡問(wèn)題中的應(yīng)用

楊素芬

化學(xué)平衡是高中化學(xué)的重要理論之一，也是高考的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。關(guān)于新舊平衡之間物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率、百分含量、物質(zhì)的量濃度等大小比較是教學(xué)的難點(diǎn)。這類問(wèn)題對(duì)考生的思維能力要求較高，很多時(shí)候?qū)W生無(wú)所適從，如果采用“虛擬模型”可以化繁為簡(jiǎn)，輕松地解決這類問(wèn)題。

“虛擬模型”指虛擬一個(gè)與舊平衡等效的中間平衡狀態(tài)，然后通過(guò)壓縮或擴(kuò)大體積變?yōu)樾缕胶?，進(jìn)而通過(guò)比較虛擬平衡和新平衡中某些量的關(guān)系得出答案。

【例1】在一定溫度下，向一恒容的密閉容器中充入1 mol NO2發(fā)生如下反應(yīng)：2NO2？葑N2O4，達(dá)到平衡后NO2的轉(zhuǎn)化率為a%。若再向容器中充入1mol NO2，達(dá)到平衡后NO2的轉(zhuǎn)化率為b%，則a???? b（填“>”“<”“=”）。

解析：如圖1，對(duì)比甲乙兩個(gè)平衡可知，再充入1mol NO2，平衡正向移動(dòng)，已轉(zhuǎn)化的NO2的物質(zhì)的量增大，但NO2的總物質(zhì)的量也增大，所以NO2的轉(zhuǎn)化率如何變化難以確定。

如果利用虛擬平衡模型則可以容易判斷。虛擬乙平衡和甲平衡為相似平衡，NO2的轉(zhuǎn)化率、各組分的百分含量、濃度相同，但物質(zhì)的量等比例變化。而乙平衡是在虛擬乙平衡的基礎(chǔ)上將容器容積壓縮為原來(lái)的1/2（即增大壓強(qiáng)），使平衡正向移動(dòng)，則達(dá)到平衡后NO2的轉(zhuǎn)化率增大，即a

【例2】相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個(gè)容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分別進(jìn)行合成氨反應(yīng)。下列敘述中錯(cuò)誤的是（??? ）

A. 化學(xué)反應(yīng)速率：乙>甲

B. 平衡后N2的濃度：乙>甲

C. H2的平衡轉(zhuǎn)化率：乙>甲

D. 平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)：乙>甲

解析：相同溫度下，體積相同乙容器中各物質(zhì)的起始濃度為甲容易的2倍，依據(jù)速率和平衡知識(shí)容易判斷選項(xiàng)A、B均正確。

對(duì)于選項(xiàng)C、D，依據(jù)虛擬平衡模型能快速判斷。如圖2所示。虛擬乙平衡與甲平衡為相似平衡，N2、H2的平衡轉(zhuǎn)化率、百分含量、濃度相同，虛擬乙平衡中各組分物質(zhì)的量為甲平衡的2倍。

從虛擬乙平衡變?yōu)橐移胶?，壓縮容器為原來(lái)的1/2，即增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，則平衡時(shí)，N2、H2的轉(zhuǎn)化率增大，在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)減小。所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤。乙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3濃度大，但乙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，而乙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，

【同題異構(gòu)1】某溫度下，體積一定的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：N2（g）+3H2（g）？葑2NH3（g）ΔH<0。下列分析正確的是（??? ）

A. 平衡后，加入催化劑，該反應(yīng)的ΔH不變

B. 欲提高H2的轉(zhuǎn)化率，向容器中按原比例再充入N2和H2

C. 平衡后，充入NH3，新平衡時(shí)，NH3的百分含量變大

D. 若反應(yīng)前充入的N2與H2物質(zhì)的量相等，達(dá)平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率比H2的高

解析：對(duì)于B和C選項(xiàng)，可以通過(guò)虛擬模型解決。向容器中按原比例再充入N2和H2，類似例題2，即增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，則平衡時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率增大。其他條件不變，平衡后再充入NH3，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)，NH3百分含量增大，故C項(xiàng)正確;

【同題異構(gòu)2】還原法煉鉛，包含反應(yīng)PbO（s）+CO（g）=Pb（s）+CO2（g），在恒容密閉容器中放入PbO并通入CO，達(dá)平衡時(shí)，若向容器中充入一定量的CO氣體后，平衡發(fā)生移動(dòng)，再次達(dá)到平衡時(shí)，CO的百分含量______（填“增大”“減小”或“不變”）。

解析：若向容器中充入一定量的CO氣體后，通過(guò)虛擬模型分析，相當(dāng)于在虛擬平衡的基礎(chǔ)上加壓，而反應(yīng)的氣體分子數(shù)不變，所以再次達(dá)到平衡時(shí)，CO的百分含量不變。

總之，“虛擬模型”是通過(guò)虛擬一個(gè)與舊平衡相似的平衡，變化思維角度，使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，從而快速解決問(wèn)題的思維方法。

責(zé)任編輯 李平安