我們的化學(xué)世界里,平衡理論的應(yīng)用無(wú)處不在,高中化學(xué)選修四課本中的化學(xué)平衡理論是高中學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中感覺(jué)較困難的一部分,許多學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的印象是零散、多變,但對(duì)這部分內(nèi)容的理解和掌握程度直接影響后續(xù)對(duì)電離平衡、鹽類水解平衡等內(nèi)容的學(xué)習(xí),所以這部分內(nèi)容在高中化學(xué)中起著重中之重的作用。本文針對(duì)化學(xué)平衡理論的應(yīng)用及在應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問(wèn)題作簡(jiǎn)單梳理,教學(xué)中有意識(shí)地將它們加以歸納和總結(jié),可以使平衡理論知識(shí)系統(tǒng)化,便于學(xué)生對(duì)比學(xué)習(xí)。
一、物質(zhì)的溶解平衡
初中化學(xué)中,依據(jù)物質(zhì)的溶解度不同把物質(zhì)分為易溶、可溶、微溶、難溶(或不溶),但溶解是絕對(duì)的,不溶是相對(duì)的。無(wú)論物質(zhì)處于何種狀態(tài),在溶液中只要達(dá)到飽和,就存在著一個(gè)溶解平衡。如:溶液中固體溶質(zhì)溶解和溶質(zhì)分子回到固體溶質(zhì)表面的結(jié)晶過(guò)程一直在進(jìn)行,且二者速率相等時(shí)即達(dá)到溶解平衡狀態(tài),但當(dāng)改變溫度時(shí),溶解與結(jié)晶的速率不再相等,平衡狀態(tài)被破壞,再達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài),所以溶解平衡具有逆、等、動(dòng)、定、變五大特征。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)體系來(lái)說(shuō),達(dá)到類似這樣的狀態(tài)就應(yīng)當(dāng)稱作化學(xué)平衡狀態(tài)。
二、可逆反應(yīng)中的化學(xué)平衡
所有的化學(xué)反應(yīng)都可以看作是可逆的,但通常研究的可逆反應(yīng)是指平衡常數(shù)在10-7到107之間的反應(yīng)。當(dāng)從左向右的正反應(yīng)與從右向左的逆反應(yīng)的反應(yīng)速率相等時(shí),反應(yīng)即達(dá)到了“限度”,達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài),但正逆變化過(guò)程仍在繼續(xù)。既然是平衡狀態(tài),那么化學(xué)平衡狀態(tài)也具有如下特點(diǎn):逆、等、動(dòng)、定、變。當(dāng)條件改變時(shí)(如:濃度、溫度、壓強(qiáng)),平衡被破壞,通過(guò)平衡移動(dòng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。
例如:煤的氣化反應(yīng)
△H=+131.3kJ·mol-1
(1)改變濃度:①增大水蒸氣濃度或減小CO或H2濃度,依據(jù)勒夏特列原理,平衡向著減弱這種改變的方向移動(dòng),所以正移。但改變碳的量將無(wú)法使平衡移動(dòng),因固體濃度不隨量的改變而改變。
②同理,減小水蒸氣濃度或增大CO或H2濃度,平衡將逆向移動(dòng)。
(2)改變溫度:①升高溫度,平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng),所以平衡正移。
②降低溫度,平衡逆移。
(3)改變壓強(qiáng):①增大壓強(qiáng),向氣體體積減小的方向移動(dòng),所以平衡逆移。
②減小壓強(qiáng),平衡正移。
(4)加入催化劑:由于催化劑可以同等程度地加快正逆反應(yīng)速率,所以平衡不發(fā)生移動(dòng)。
三、電離平衡
弱電解質(zhì)在水溶液中的電離存在電離平衡狀態(tài)。當(dāng)分子電離的速率等于離子結(jié)合成分子的速率時(shí),即構(gòu)成電離平衡,外界條件改變時(shí)電離平衡也會(huì)發(fā)生平衡移動(dòng)。例如:以下各物質(zhì)可以促進(jìn)水電離平衡的有:①NaClO②CuCl2③HCl④NaHC03⑤NaOH
分析:從平衡移動(dòng)原理來(lái)考慮
當(dāng)加入NaClO后,電離產(chǎn)生ClO-,結(jié)合水電離產(chǎn)生的H+生成弱電解質(zhì)HClO,C(H+)減小,使水的電離平衡正向移動(dòng),即促進(jìn)水的電離;
當(dāng)加入HCl后,電離產(chǎn)生H+,體系中C(H+)增大,使平衡逆向移動(dòng),即抑制了水的電離平衡。
所以可得知,電離平衡也是暫時(shí)的、相對(duì)的動(dòng)態(tài)平衡。
四、鹽類水解平衡
在教學(xué)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生有時(shí)難以判斷鹽溶液的酸堿性,究其原因是沒(méi)能很好地理解鹽類水解平衡的實(shí)質(zhì),因而不能靈活應(yīng)用平衡理論來(lái)分析其酸堿性。現(xiàn)從化學(xué)平衡角度來(lái)透徹地分析鹽溶液為什么會(huì)顯堿性或酸性及影響鹽類水解平衡的因素。
1.強(qiáng)堿弱酸鹽
以CH3COONa溶液為例:CH3COO-結(jié)合水電離產(chǎn)生的H+生成弱電解質(zhì)CH3COOH,破壞了H2O的電離平衡,使H2O電離產(chǎn)生的H+與OH-不再相等,且C(OH-)>C(H+),所以該溶液呈堿性。
2.強(qiáng)酸弱堿鹽
以NH4Cl溶液為例:NH4+結(jié)合水電離產(chǎn)生的OH-生成弱電解質(zhì)生成NH3·H2O,破壞了H2O的電離平衡,使C(OH-) 3.強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽 以NaCl溶液為例:電離產(chǎn)生的Na+與Cl-都不能與水電離產(chǎn)生的H+或OH-結(jié)合,即不水解,所以仍然滿足C(OH-)=C(H+),溶液呈中性。 水解平衡也是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡,當(dāng)外界條件改變時(shí),水解平衡會(huì)發(fā)生移動(dòng)。升高溫度或稀釋都可以促進(jìn)鹽類水解;改變水溶液中H+或OH-濃度也能促進(jìn)或抑制鹽類水解。 總而言之,學(xué)好中學(xué)化學(xué)首先要夯實(shí)反應(yīng)原理部分,只有熟練地掌握化學(xué)平衡理論才能正確地解決以上四種平衡狀態(tài)中的各種問(wèn)題。我們?cè)诮虝?huì)學(xué)生化學(xué)知識(shí)的同時(shí)最重要的是能讓學(xué)生掌握一種分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思路和方法,并將其類比拓展到解決別的問(wèn)題上。這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生終身的科學(xué)素養(yǎng)意義深遠(yuǎn),是一個(gè)人實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn): 劉知新.化學(xué)教學(xué)論[M].高等教育出版社,2006. 編輯 張珍珍