在近幾年的高考中,化學(xué)平衡知識是一大熱點(diǎn),有關(guān)化學(xué)平衡的試題在各地高考題中時(shí)有出現(xiàn)。而化學(xué)平衡的學(xué)習(xí)在中學(xué)教學(xué)實(shí)踐中是一個(gè)難點(diǎn),讓教師和學(xué)生感到困難重重,下面我結(jié)合多年的教學(xué)體會(huì),談?wù)勗诮虒W(xué)中如何利用等同平衡和等效平衡突破這一教學(xué)難點(diǎn),力求能對大家能有所啟示。
一、等同平衡原理和等效平衡原理
相同條件下,同一可逆反應(yīng)體系,無論從正反應(yīng)開始,還是從逆反應(yīng)開始,只要按照化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比投入反應(yīng)物或生成物,則平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量相同,即這兩個(gè)平衡狀態(tài)完全相同,我們可以稱之為等同平衡。
若改變平衡體系的一個(gè)條件后,平衡不發(fā)生移動(dòng),兩個(gè)平衡狀態(tài)中各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)相同(物質(zhì)的量不一定相同),那么這兩個(gè)平衡狀態(tài)也可以稱之為等效平衡。
例1.一定溫度下,在一個(gè)容積恒定的容器中,充入2 mol A和1 mol B,發(fā)生如下反應(yīng):2A(g)+B(g) xC(g)。達(dá)到平衡后,C的物質(zhì)的量為W mol。若維持容器的體積和溫度不變,按起始的物質(zhì)的量0.6 mol A、0.3 mol B和1.4 mol C充入容器后達(dá)到平衡,C的物質(zhì)的量仍為W mol,則x( )
A.只能為2 B.只能為3 C.可能為2,也可能為3 D.不能確定
(變形1)將例1中“C的物質(zhì)的量為W mol”改為“C的體積分?jǐn)?shù)為W%”
分析:兩次平衡中C的物質(zhì)的量相等,說明兩次平衡狀態(tài)完全相同,即第二次填充的物質(zhì)若完全轉(zhuǎn)化為填充A、B的形式,其物質(zhì)的量應(yīng)與第一次填充相同。所以例1的正確選項(xiàng)應(yīng)為A。
兩次平衡中C的體積分?jǐn)?shù)相等,為等效平衡,除例1所舉的情況外,x=3時(shí),反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量相等,改變壓強(qiáng),平衡不移動(dòng),故也符合題意。所以變形1的正確選項(xiàng)應(yīng)為C。
二、恒容容器和恒壓容器中改變壓強(qiáng)對平衡的影響
在恒溫恒容(容積不變)的密閉容器中,改變壓強(qiáng),若反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量相等,則為等效平衡;若反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不相等,則平衡將向能夠減弱壓強(qiáng)改變的方向移動(dòng)。
在恒溫恒壓(容積可變)的密閉容器中,平衡的移動(dòng)一般只考慮濃度的改變。若兩次填充的各物質(zhì)物質(zhì)的量之比相等,則兩次填充各物質(zhì)的濃度相等(因?yàn)轶w積可變),所以這兩個(gè)平衡為等效平衡;若兩次填充的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比不相等,則需要考慮濃度改變對平衡的影響。
例2.某溫度下,向固定容積的密閉容器中充入3L A氣體和2L B氣體,發(fā)生如下反應(yīng):3A(g)+2B(g)2C(g)+2D(g)。達(dá)到平衡時(shí),C的體積分?jǐn)?shù)為p%。若維持溫度不變,再向容器中充入3L A氣體和2L B氣體,重新達(dá)到平衡時(shí),C的體積分?jǐn)?shù)( )
A.>p% B.<p% C.p% D.無法判斷
。ㄗ冃1)將例2中反應(yīng)改為“3A(g)+2B(g)C(g)+4D(g)”
(變形2)將例2中“固定容積”改為“容積可變”
。ㄗ冃3)將變形1中“固定容積”改為“容積可變”
分析:容器體積固定,第二次填充后壓強(qiáng)增大,平衡向氣體物質(zhì)的量減小的方向移動(dòng),所以例1的正確選項(xiàng)為A。變形1中壓強(qiáng)增大平衡不移動(dòng)。所以變形1的正確選項(xiàng)為C。
容器體積可變,兩次填充各物質(zhì)的濃度相同,為等效平衡。所以變形2、變形3的正確選項(xiàng)都為C。
三、例解高考平衡試題
例3.(2004年天津理綜第13題)一定條件下,向一帶活塞的密閉容器中充入2 mol SO2和1 mol O2,發(fā)生下列反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。達(dá)到平衡后改變下述條件,SO3氣體平衡濃度不改變的是( )
A.保持溫度和容器體積不變,充入1 mol SO3(g)
B.保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,充入1 mol SO3(g)
C.保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,充入1 mol O2(g)
D.保持溫度和容器內(nèi)壓強(qiáng)不變,充入1 mol Ar(g)
分析:A中為恒容容器,充入SO3,壓強(qiáng)增大,平衡正向移動(dòng),SO3平衡濃度增大;B中為恒壓容器,充入SO3后,兩平衡為等效平衡;C中充入O2,平衡正向移動(dòng),SO3平衡濃度增大;D中為恒壓容器,充入Ar后,容器體積增大,壓強(qiáng)減小,平衡逆向移動(dòng),SO3平衡濃度減小。所以本題的正確選項(xiàng)應(yīng)為B。
例4.(2003年全國理綜第12題)某溫度下,在一容積可變的容器中,反應(yīng)2A(g)+B(g)2C(g)達(dá)到平衡時(shí),A、B和C的物質(zhì)的量分別為4 mol、2 mol和4 mol。保持溫度和壓強(qiáng)不變,對平衡混合物中三者的物質(zhì)的量做如下調(diào)整,可使平衡右移的是( )
A.均減半 B.均加倍 C.均增加1 mol D.均減少1 mol
分析:容器為恒壓容器,A、B調(diào)整后各物質(zhì)濃度未變,為等效平衡;C中A、B、C的物質(zhì)的量分別調(diào)整為5 mol、3 mol、5 mol,而與原平衡等效的填充應(yīng)為5 mol、2.5 mol、5 mol,即增加了0.5 molB,平衡應(yīng)右移;選項(xiàng)D中A、B、C的物質(zhì)的量分別調(diào)整為3 mol、1 mol、3 mol,而與原平衡等效的填充應(yīng)為3 mol、1.5 mol、3 mol,即減少了0.5 molB,平衡應(yīng)左移。所以本題的正確選項(xiàng)應(yīng)為B。
通過掌握平衡的基本特征和平衡移動(dòng)的基本原理,深刻理解等同平衡和等效平衡,可以達(dá)到思路清晰、方法易學(xué)、化繁為簡的目的,便于學(xué)生更好的掌握化學(xué)平衡的有關(guān)知識,在各級測試中都取得了良好的效果。
來源:知識窗
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