化學(xué)平衡中的思想方法之一──列三步曲的思想

 

《化學(xué)平衡》一章是高中化學(xué)的難點(diǎn),許多同學(xué)對(duì)本章習(xí)題一籌莫展,本文從思維方法上加以闡述,其中包括三部分內(nèi)容：一、列“三步曲”的思想；二、極限思維；三、等效平衡的思想運(yùn)用于解不等效平衡。以下是依照三種方法的一些解題思路，和各位探討。

 

一、列“三步曲”的思想

 

轉(zhuǎn)化的量(或反應(yīng)速率)之比等于方程式的系數(shù)比,由此結(jié)合“三步曲”解題。(“三步曲”中的各個(gè)量都必須使用同一單位)

 

說(shuō)明:列“三步曲”是解化學(xué)平衡的基礎(chǔ),是高考的重點(diǎn),筆者認(rèn)為2007年高考中如《化學(xué)平衡》一章出現(xiàn)大題,一定要考如何列“三步曲”。

 

例1.在2 L的密閉容器中發(fā)生以下反應(yīng)：

 

  2A(g) B(g) 2C(g) D(g)

 

若最初加入的A和B都是4 mol,在前10 S 內(nèi),A的平均反應(yīng)速率為0.12 mol/(L·s),則10 s 時(shí)容器中B的物質(zhì)的量為(   )。

 

  A  3.4 mol     B 2.8 mol      C 2.4 mol     D  1.2 mol

 

解:轉(zhuǎn)化的A的物質(zhì)的量為0.12 mol/(L·s)×10 s×2 L= 2.4 mol，因轉(zhuǎn)化的量與系數(shù)成正比,所以B轉(zhuǎn)化1.2 mol, C轉(zhuǎn)化2.4 mol,D轉(zhuǎn)化1.2 mol,由此有:(單位統(tǒng)一用物質(zhì)的量)

 

2A(g)    B(g)  2C(g)     D(g)

 

起始   4 mol     4 mol      0        0

 

轉(zhuǎn)化   2.4 mol   1.2 mol    2.4 mol   1.2 mol

 

1S末 1.6 mol    2.8 mol    2.4 mol   1.2 mol

 

答案選 B

 

例2.在2 L的密閉容器中發(fā)生以下反應(yīng)：3A(g) B(g) xC(g) 2D(g)若最初加入的A為3 mol,B為2.5 mol,5 min 后反應(yīng)達(dá)平衡,測(cè)得C的平均反應(yīng)速率為0.1 mol/(L·min),生成1 molD,則以下結(jié)論錯(cuò)誤的是(   )。

 

A.x=2                  B.  A的平均反應(yīng)速率為0.15 mol/(L·min)

 

C.B的轉(zhuǎn)化率為20%      D. 平衡時(shí)B的濃度為0.5 mol/L

 

解:轉(zhuǎn)化的C的物質(zhì)的量為0.1 mol/(L·min)×5 min×2 L=1 mol,因反應(yīng)只加了A和B,所以生成的1 mol D 就是D的轉(zhuǎn)化的量,因轉(zhuǎn)化的量與系數(shù)成正比,所以 B 轉(zhuǎn)化0.5 mol, A轉(zhuǎn)化1.5 mol,且可解出x=2,由此有:(單位統(tǒng)一用物質(zhì)的量)

 

3A(g)    B(g)     xC(g)     2D(g)

 

起始   3 mol     2.5 mol      0           0

 

轉(zhuǎn)化   1.5 mol   0.5 mol     1 mol      1 mol

 

    10S末    1.5 mol   2 mol       1 mol       1 mol

 

 因速率之比等于系數(shù)比,所以A的平均反應(yīng)速率為0.15 mol/(L·min)，B的轉(zhuǎn)化率為0.5/2.5×100%=20% ,平衡時(shí)B的濃度為2 mol/2L=1 mol/L

 

答案選  D

 

例3.在一密閉容器中發(fā)生以下反應(yīng)A(g) 2B(g) 2C(g),若最初加入等物質(zhì)的量的A和B,反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),若混合氣體中A和B的物質(zhì)的量之和等于C的物質(zhì)的量,則A的轉(zhuǎn)化率為(   )。

 

A.40 %       B.50 %       C. 60 %      D.70 %

 

解:不妨設(shè)A和 B起始量各為1 mol, A的轉(zhuǎn)化量為x,則B的轉(zhuǎn)化量為2x,  C的轉(zhuǎn)化量為2x,由此有:(單位統(tǒng)一用物質(zhì)的量)

 

A(g)    2B(g)  2C(g) 

 

起始   1 mol     1 mol      0      

 

轉(zhuǎn)化   x         2x       2x

 

   平衡時(shí)  1-x       1-2x      2x

 

即1-x 1-2x =2x, 所以x=0.4

 

所以A的轉(zhuǎn)化率為0.4/1×100%=40%

 

答案選  A

 

 例4.一定溫度下反應(yīng)2SO₂(g) O₂(g) 2SO₃(g)達(dá)平衡時(shí),n(SO₂)：n(O₂)：n(SO₃)=2：3：4,縮小容器的體積,反應(yīng)再次達(dá)到平衡時(shí), n(O₂) = 0.8 mol,  n(SO₃)=1.4 mol,則n(SO₂)為(    )。

 

A.0.4 mol             B.0.6 mol              C. 0.8 mol             D. 1.2 mol

 

解:不妨設(shè)第一次達(dá)平衡時(shí)各物質(zhì)的量分別為n(SO₂)=2x ; n(O₂)=3x ; n(SO₃)=4x,縮小容器體積,平衡右移,設(shè)O₂的轉(zhuǎn)化量為y則有:(單位統(tǒng)一用物質(zhì)的量)

 

2 SO₂ (g)    O₂(g) 2SO₃(g)

 

起始   2x          3x        4x  

 

轉(zhuǎn)化   2y          y         2y

 

平衡時(shí) 2x-2y      3x-y       4x 2y

 

所以有3x-y=0.8; 4x 2y=1.4 解之: x=0.3;

 

y=0.1，  n(SO₂)=2x-2y=0.4

 

答案選 A

 

 例5.某溫度下，C(s)和H₂O(g)在密閉容器中發(fā)生反應(yīng) 

   

    C(s) H₂O(g) CO(g) H₂(g)

    CO(g) H₂O(g) CO₂(g) H₂(g)

 

  當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí),測(cè)得H₂和CO的濃度分別為1.9 mol/L, 0.1 mol/L,則 CO₂ 的濃度為(   ) 。

 

   A.0.1 mol/L   B.0.9 mol/L   C.1.8 mol/L    D.1.9 mol/L

 

解:處理連鎖反應(yīng)時(shí),如某物質(zhì)在兩個(gè)反應(yīng)中均出現(xiàn),則把第一個(gè)反應(yīng)的平衡量(叫暫時(shí)平衡量),看成第二個(gè)反應(yīng)的起始量,列多個(gè)“三步曲”解決問(wèn)題;不妨設(shè)第一個(gè)反應(yīng) H₂O(g) 的起始濃度為a mol/L,轉(zhuǎn)化濃度為 x mol/L ,則

 

C(s)      H₂O(g)   CO(g)     H₂(g)

 

起始              a mol/L        0           0

 

轉(zhuǎn)化              x mol/L       x mol/L      x mol/L

 

平衡I            a-x mol/L      x mol/L     x mol/L

 

認(rèn)為第一個(gè)反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)I中 H₂ 和 CO 的平衡濃度x為第二個(gè)反應(yīng)中 H₂ 和 CO 的起始濃度,且設(shè)第二個(gè)反應(yīng)中 CO 的轉(zhuǎn)化濃度為y mol/L,則：

 

CO(g)      H₂O(g)     CO₂(g)       H₂(g)

 

起始    x mol//L     a-x mol/L      0 mol/L      x mol/L

 

轉(zhuǎn)化    y mol/L      y mol/L        y mol/L      ymol/L

 

 平衡II   x-y mol/L     a-x-y mol/L     y mol/L      x y mol/L

 

 (注意: x mol/L 為 CO 的暫時(shí)平衡濃度,其中x-y mol/L 才是 CO 的真實(shí)平衡濃度)所以x-y=0.1，x y=1.9，解之:x= 1;y=0.9

 

  答案選B

 

  習(xí)題:

 

 1. 在恒溫.恒容(容積為2L)的密閉容器中發(fā)生以下反應(yīng)：

 

2A(g) B(g) xC(g) 2D(S) 若最初加入的A為 2 mol,B為2 mol,2 min 后反應(yīng)達(dá)平衡,測(cè)得C的濃度為 1.2 mol/L,此時(shí)B剩余1.2 mol。

 

(1)    從開(kāi)始反應(yīng)至達(dá)到平衡狀態(tài).C的平均反應(yīng)速率為         

 

(2)x=         

 

(3)A的轉(zhuǎn)化率與B的轉(zhuǎn)化率之比為          

 

(4)A的平衡濃度為         

 

 2.1 mol A氣體與n mol B氣體按下式反應(yīng)生成C，A(g)    n B(g)  mC(g) ,反應(yīng)一段時(shí)間后,測(cè)得A的轉(zhuǎn)化率是50%,此時(shí)氣體的密度是反應(yīng)前(同溫同壓)的4/3,則n 和 m的數(shù)值可能是(   )。

 

A.  n=1 m=1   B. n=3  m=3   C. n=2  m=3  D. n=3  m=2

 

3.在2 L的密閉容器中發(fā)生以下反應(yīng)：

 

    2A(g) B(g) 2C(g)若最初加入的A和B各為4 mol 和2 mol

 

在2 s后,測(cè)得C的濃度為0.6 mol/L,現(xiàn)有下列幾種說(shuō)話,其中正確的是(   )。

 

①用物質(zhì)A表示的反應(yīng)平均速率為0.3 mol/(L·s)

 

②用物質(zhì)B表示的反應(yīng)平均速率為0.6 mol/(L·s)

 

③2 s時(shí)物質(zhì)A的轉(zhuǎn)化率為70%

 

④2 s時(shí)物質(zhì)B的濃度為0.7 mol/L

 

其中正確的是   (    )。

 

A ①③      B ①④     C ②③    D ③④

 

4.把0.6 mol 氣體 x 和0.4 mol 氣體 y 混合于2.0 L 的密閉容器中。發(fā)生反應(yīng):

 

    3x(g) y(g)  nz(g) 2w(g)

 

測(cè)得5 min 末已生成0.2 mol w,又知以z表示的平均反應(yīng)速率為0.01 mol/(L·min),則n為(    )。

 

A .1    B.  2      C . 3     D.   4

 

　5.加熱 N₂O₅ 時(shí)發(fā)生以下兩個(gè)分解反應(yīng):N₂O₅(g)N₂O₃(g) O₂(g);N₂O₃(g)N₂O(g) O₂(g).在1L密閉容器中加熱 4 mol N₂O₅,達(dá)平衡時(shí)O₂的濃度為 4.5 mol/L, N₂O₃ 的濃度為1.62 mol/L.則在該溫度下,各物質(zhì)平衡濃度正確的是(   )。

 

A . N₂O₅ 的濃度為1.44 mol/L      B. N₂O₅ 的濃度為0.94 mol/L

 

C.  N₂O 的濃度為1.44 mol/L       D. N₂O 的濃度為3.48 mol/L

 

　參考答案:

 

　1．0.6 mol/(L·min)  3   2:1   0.2 mol/L

 

　2．AD

 

　3．B

 

　4．A

 

　5．提示該題為連鎖反應(yīng),按連鎖反應(yīng)處理方法列二個(gè)“三步曲”答案選 BC

 

 

 

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