文懷毅 湖南省湘潭縣第一中學
例釋化學等效平衡的判斷與應用
文懷毅 湖南省湘潭縣第一中學
等效平衡在化學中是一個比較特殊的化學反應現(xiàn)象,其代表著化學反應中間的一種平衡狀態(tài)。在高中化學學習中,我們高中生一定要對等效平衡形成充分了解,不僅要掌握等效平衡的判斷方法,還要對其實現(xiàn)靈活運用,解決更多的化學問題。所以,下面針對等效平衡的概念作了簡單闡述,然后分析了其判斷方法,最后介紹了其具體應用,希望可以幫助高中學生更好地學習化學。
等效平衡 判斷 應用
高中化學在知識難度上又上升了一個臺階,不僅涉及到的內容變多了,難度也有所上升,因此學生在學習過程中,遭遇了更大的困難。等效平衡作為高中化學中的一個重要知識點,涉及到多個與之相關的變量,這些變量間的相互關系,就決定了等效平衡的判定。所以,對于高中學生而言,必須要掌握等效平衡的基本理念和判定方法,這樣才能在實際運用中找準切入點,從而實現(xiàn)問題的順利解決。
在高中化學中,有一部分化學反應具有可逆的屬性,即在某些條件下反應既可以正向進行,也可以反向進行,因此這類反應往往不能實現(xiàn)充分反應,會在某一狀態(tài)下停止化學反應,各種參與反應的物質達到一種相互平衡的狀態(tài),此時既不會正向反應,也不會反向反應。但是若是改變某一個條件,就會讓反應重新開始。在反應達到平衡狀態(tài)時,就稱之為等效平衡。根據(jù)高中化學教材對等效平衡的相關介紹,可以得出與等效平衡相關的幾個因素分別為溫度、壓強和濃度,這三個因素在反應過程中隨便改變其一,就可以促使反應開始變動。要建立等效平衡,一般是在兩種狀態(tài)下完成的,一是恒溫恒容,二是恒溫恒壓。
對于等效平衡的判斷,在不同的狀態(tài)下是不一樣的。在恒溫恒容條件下,對于同一個可逆反應,參與反應物質的起始量不論是多少,也不管是分成幾次加入的,只要起始量依照化學計量數(shù)換算后,和方程式左右兩邊的量相同,那么則可以判斷其達到了等效平衡狀態(tài)。在這種情況下,在反應混合物中的各個物質的組成比例都應該是對應相等的,包括了體積比例、質量比例、濃度比例等等,都是對應的相等的。
而在恒溫恒壓條件下,如果反應沒有氣體參與,那么只要反應物的物質的量在經(jīng)過換算后能夠在方程式左右兩邊達到對應相等,那么就可以判定其達到了等效平衡狀態(tài)。在這種情況下,等效平衡時參與反應的各個物質的質量、體積、濃度等等并非一定相等的。
另外,還與一種特殊情況,就是在恒溫恒容的狀態(tài)下,如果可逆反應在反應前后的分子數(shù)不發(fā)生變化,那么在達成等效平衡狀態(tài)時,其壓強也是不變的,所以物質的量的比例達到對應相等,那么就可以判定等效平衡。
在實際運用中,可以分為不同的狀態(tài)來運用,恒溫恒壓便是其中之一。在相關問題中,由于反應條件的限制,會導致問題解答出現(xiàn)困難。而此時通過等效平衡恒溫恒壓的應用,可以避開一些未知的因素,從而解答出問題。
例:有一個密閉容器,通入1mol的氣體Y和3mol的氣體X,從而會產(chǎn)生化學反應:3X+Y=aZ。在反應穩(wěn)定后,氣體Z的摩爾數(shù)百分比為n%。在溫度和容器體積均不發(fā)生變化的情況下,假設X=1.2mol,Y=0.4mol,Z=0.6mol,試求出 a 的值。
解析:反應已經(jīng)穩(wěn)定,那么可以假設氣體Z在混合物中所占據(jù)的百分比為w,。根據(jù)反應物的摩爾數(shù),其參與反應的氣體一共有4mol,在溫度、壓力不變的情況下,可以認定生成氣體也是4mol,所以a=4。但是,由于反應并沒有達到完全的程度,所以氣體X和Y會有剩余,因此等效平衡要得到保持,物質摩爾數(shù)就要和初始狀態(tài)保持一致,此時a=1。
恒溫恒容是等效平衡的另一種狀態(tài),在實際運用中,不少問題就會涉及這一狀態(tài),因此可以對其靈活運用,以實現(xiàn)高效解題。
例:對于反應X+B=2Z,將其置于固定容積的器具當中進行反應,如果X和B的起始摩爾數(shù)都是1mol,化學反應在某個條件下達到平衡的狀態(tài),Z的體積分數(shù)剛好是a%。此時如果再繼續(xù)向容器中注入1mol的氣體Z,在條件不變的狀態(tài)下再次達到平衡,此時將Z的體積分數(shù)定為b%,則a%和b%的大小關系如何?
解析:對于該例題,通過題目中給出的條件進行分析可以發(fā)現(xiàn),在反應起始前后的狀態(tài)下,容積體積并沒有發(fā)生任何變化,氣體體積也并未產(chǎn)生任何變化,所以溫度和壓力在此種情況下都是恒定的。比如加入的1molZ氣體可以完全反應,那么就會生產(chǎn)0.5mol的氣體X和0.5mol的氣體B,和之前的反應相比,只是投入量減半了,其他條件并沒有發(fā)生變化。所以,體積分數(shù)上在反應中肯定是不變的,保持一致,因此可以得出結論:a%和b%相等。
等效平衡主要涉及到兩個不同的狀態(tài),在實際運用中也是依靠這兩個狀態(tài)來解答題目,通過這兩種狀態(tài)下的某些特別性質來分析反應中的某些條件,找出解答問題的關鍵。
[1]王維秀.解決化學平衡中等效平衡問題的金鑰匙——“一邊倒”法[J].亞太教育,2015,15:142
[2]王一帆.高中化學中對化學平衡原理的巧用研究[J].化工管理,2016,09:29+50