平衡原理很重要 多種應(yīng)用?？嫉?/h1>
2017-03-28 07:58:31安徽
教學(xué)考試(高考化學(xué)) 2017年1期
安徽 華 振
(作者單位:安徽省靈璧縣黃灣中學(xué))
平衡原理很重要 多種應(yīng)用?？嫉?/p>
化學(xué)平衡原理是高中化學(xué)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(duì)其表面進(jìn)行“發(fā)藍(lán)”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，氧化膜的厚度就太薄；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄。請(qǐng)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(huì)感到無從下手，究其原因是不能從整體的角度分析題給三個(gè)方程式之間的相互聯(lián)系。
反應(yīng)①③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(shí)，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(shí)，盡管反應(yīng)①②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的質(zhì)量增加，但太多的NaOH又會(huì)使反應(yīng)③的化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，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(jìn)行“發(fā)藍(lán)”處理時(shí)，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一。
(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：
ΔH=-353 kJ·mol-1
兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)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___________。
圖1
(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(duì)應(yīng)的溫度為460 ℃。低于460 ℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率________(填“是”或“不是”)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是________；高于460 ℃時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是________(雙選，填標(biāo)號(hào))。
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(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為________。
圖2
【解析】(1) 由于反應(yīng)①②均為放出熱量較多的反應(yīng)，產(chǎn)物的能量較低，故兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)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(qiáng)均有利于反應(yīng)正向進(jìn)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(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；降低溫度、減小壓強(qiáng)；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(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460 ℃時(shí)，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(xiàng)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(xiàng)B錯(cuò)誤；升高溫度可以提高活化分子的百分?jǐn)?shù)，但不能改變反應(yīng)所需的活化能，則選項(xiàng)D錯(cuò)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(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率最高，此時(shí)幾乎沒有丙烯醛產(chǎn)生；只發(fā)生反應(yīng)①時(shí)，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?jǐn)?shù)約為20%，可確定進(jìn)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)率最高，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(shí)驗(yàn)小組研究CO2濃度對(duì)植物生長的影響，做了如下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)：
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小時(shí)后，測(cè)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(shí)驗(yàn)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(dòng)，因而增加了CO2的消耗量，這一理論分析與實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相吻合的。
(2)由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，增大CO2的濃度，可促進(jìn)光合作用的進(jìn)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(hù)中的應(yīng)用
【例4】人類目前對(duì)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)?？茖W(xué)家對(duì)CO2的增多帶來的負(fù)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(qǐng)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(rèn)為消除CO2的負(fù)面影響的最好方法是什么？
(2)消除CO2負(fù)面影響最好的方法是減少對(duì)煤、石油產(chǎn)品的用量，開發(fā)無污染的新能源，并大量種植綠色植物。
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(qǐng)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)
【解析】該題提供了一些考生陌生的知識(shí)，解題時(shí)必須認(rèn)真閱讀，在提煉、分析信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有知識(shí)作出結(jié)論。
信息②：第一次關(guān)節(jié)炎發(fā)作大都在腳趾或手指的關(guān)節(jié)處。
(作者單位:安徽省靈璧縣黃灣中學(xué))
猜你喜歡
楊梅素-丙烯醛加合物抗氧化及捕獲丙烯醛活性食品科學(xué)(2020年23期)2020-12-31 01:31:34 化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷中學(xué)生數(shù)理化(高中版.高二數(shù)學(xué))(2020年2期)2020-04-21 07:48:00 數(shù)學(xué)方法在化學(xué)平衡學(xué)習(xí)中的重要應(yīng)用中學(xué)生數(shù)理化(高中版.高二數(shù)學(xué))(2020年2期)2020-04-21 07:47:52 測(cè)定水中丙烯腈檢測(cè)分析方法的優(yōu)化改進(jìn)甘肅科技(2020年20期)2020-04-13 00:30:30 小題也可大做——由一道化學(xué)平衡題想到的中學(xué)生數(shù)理化(高中版.高考理化)(2019年6期)2019-06-22 09:55:42 丙烯腈行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀分析山東化工(2018年7期)2018-04-25 03:07:27 立足高考考點(diǎn)著眼化學(xué)平衡中學(xué)化學(xué)(2017年6期)2017-10-16 09:44:02 2016年中國丙烯腈行業(yè)概況石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)(2017年2期)2017-04-06 01:59:15 在人類癌細(xì)胞中丙烯醛優(yōu)先損害核仁并引發(fā)核糖體應(yīng)激和細(xì)胞凋亡中國病理生理雜志(2017年2期)2017-01-17 03:59:14 丙烯醛的工業(yè)生產(chǎn)工藝及其下游產(chǎn)品的開發(fā)化工生產(chǎn)與技術(shù)(2015年1期)2015-12-17 08:37:00
安徽 華 振
(作者單位:安徽省靈璧縣黃灣中學(xué))
平衡原理很重要 多種應(yīng)用?？嫉?/p>
化學(xué)平衡原理是高中化學(xué)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(duì)其表面進(jìn)行“發(fā)藍(lán)”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，氧化膜的厚度就太薄；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄。請(qǐng)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(huì)感到無從下手，究其原因是不能從整體的角度分析題給三個(gè)方程式之間的相互聯(lián)系。
反應(yīng)①③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(shí)，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(shí)，盡管反應(yīng)①②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的質(zhì)量增加，但太多的NaOH又會(huì)使反應(yīng)③的化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，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(jìn)行“發(fā)藍(lán)”處理時(shí)，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一。
(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：
ΔH=-353 kJ·mol-1
兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)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___________。
圖1
(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(duì)應(yīng)的溫度為460 ℃。低于460 ℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率________(填“是”或“不是”)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是________；高于460 ℃時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是________(雙選，填標(biāo)號(hào))。
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(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為________。
圖2
【解析】(1) 由于反應(yīng)①②均為放出熱量較多的反應(yīng)，產(chǎn)物的能量較低，故兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)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(qiáng)均有利于反應(yīng)正向進(jìn)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(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；降低溫度、減小壓強(qiáng)；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(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460 ℃時(shí)，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(xiàng)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(xiàng)B錯(cuò)誤；升高溫度可以提高活化分子的百分?jǐn)?shù)，但不能改變反應(yīng)所需的活化能，則選項(xiàng)D錯(cuò)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(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率最高，此時(shí)幾乎沒有丙烯醛產(chǎn)生；只發(fā)生反應(yīng)①時(shí)，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?jǐn)?shù)約為20%，可確定進(jìn)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)率最高，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(shí)驗(yàn)小組研究CO2濃度對(duì)植物生長的影響，做了如下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)：
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小時(shí)后，測(cè)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(shí)驗(yàn)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(dòng)，因而增加了CO2的消耗量，這一理論分析與實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相吻合的。
(2)由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，增大CO2的濃度，可促進(jìn)光合作用的進(jìn)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(hù)中的應(yīng)用
【例4】人類目前對(duì)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)?？茖W(xué)家對(duì)CO2的增多帶來的負(fù)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(qǐng)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(rèn)為消除CO2的負(fù)面影響的最好方法是什么？
(2)消除CO2負(fù)面影響最好的方法是減少對(duì)煤、石油產(chǎn)品的用量，開發(fā)無污染的新能源，并大量種植綠色植物。
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(qǐng)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)
【解析】該題提供了一些考生陌生的知識(shí)，解題時(shí)必須認(rèn)真閱讀，在提煉、分析信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合已有知識(shí)作出結(jié)論。
信息②：第一次關(guān)節(jié)炎發(fā)作大都在腳趾或手指的關(guān)節(jié)處。
(作者單位:安徽省靈璧縣黃灣中學(xué))
猜你喜歡
食品科學(xué)(2020年23期)2020-12-31 01:31:34
中學(xué)生數(shù)理化(高中版.高二數(shù)學(xué))(2020年2期)2020-04-21 07:48:00
中學(xué)生數(shù)理化(高中版.高二數(shù)學(xué))(2020年2期)2020-04-21 07:47:52
甘肅科技(2020年20期)2020-04-13 00:30:30
中學(xué)生數(shù)理化(高中版.高考理化)(2019年6期)2019-06-22 09:55:42
山東化工(2018年7期)2018-04-25 03:07:27
中學(xué)化學(xué)(2017年6期)2017-10-16 09:44:02
石油化工技術(shù)與經(jīng)濟(jì)(2017年2期)2017-04-06 01:59:15
中國病理生理雜志(2017年2期)2017-01-17 03:59:14
化工生產(chǎn)與技術(shù)(2015年1期)2015-12-17 08:37:00
