催化劑

△

2SO₂＋O₂  2SO₃

當(dāng)此反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，反應(yīng)混合物就處于化學(xué)平衡狀態(tài)。現(xiàn)在該容器中，維持溫度不變，令a、b、c分別代表初始加入的SO₂、O₂和SO₃的物質(zhì)的量(mol)。如果a、b、c取不同的數(shù)值，它們必須滿足一定的相互關(guān)系，才能保證達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)混合物中三種氣體的百分含量仍跟上述平衡時(shí)的完全相同。請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

(1)若a=0，b=0，則c=___________，

(2)若a=0.5，則b=___________，c=          。

(3)a、b、c取值必須滿足的一般條件是(用兩個(gè)方程式表示，其中一個(gè)只含a和c，另一個(gè)只含b和c)：________，________。

命題意圖：本題命題的基本意圖在于以化學(xué)平衡這一重要的基本理論為出發(fā)點(diǎn)，來(lái)考查學(xué)生將具體事物抽象為一般規(guī)律的統(tǒng)攝思維的能力。而且由于規(guī)律是要求以數(shù)字來(lái)表示的，因而在一定程度上使試題的難度進(jìn)一步增加。

知識(shí)依托：化學(xué)平衡的概念及其特點(diǎn)。

錯(cuò)解分析：本題切入容易――(1)問(wèn)較易，深入難――(2)問(wèn)較難、(3)問(wèn)最難。試題很抽象，不能推斷出第(2)問(wèn)，也就不能推斷出第(3)問(wèn)。

解題思路：解決本題有兩種思維方法：歸納思維和演繹思維，都是重要的科學(xué)思維方法。

方法1(歸納思維)：本題對(duì)化學(xué)平衡的考查由具體到抽象。這與中學(xué)現(xiàn)行通用教材介紹化學(xué)平衡的主導(dǎo)思想相一致。問(wèn)題在于考生對(duì)化學(xué)平衡理解的程度。

本題設(shè)置了3個(gè)小問(wèn)題，思維力度逐步提高。

第(1)問(wèn)最容易，它可作為解答全題的基礎(chǔ)。對(duì)于一個(gè)建立了化學(xué)平衡的可逆反應(yīng)來(lái)說(shuō)，無(wú)論反應(yīng)是從正反應(yīng)開(kāi)始還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，正向反應(yīng)速度將與逆向反應(yīng)速度相等，這樣就建立了化學(xué)平衡。此時(shí)反應(yīng)混合物中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都保持不變。

對(duì)于平衡體系：2SO₂＋O₂ 2SO₃來(lái)說(shuō)，無(wú)論是從2 mol SO₂和1 mol O₂的混合物開(kāi)始反應(yīng)，還是從2 mol SO₃開(kāi)始反應(yīng)，都將達(dá)到完全相同的化學(xué)平衡狀態(tài)。

按照上述分析，第(1)問(wèn)的答案，顯然是c=2。

第(2)問(wèn)則有所不同，其反應(yīng)的初始態(tài)既不是2 mol SO₂和1 mol O₂，也不是2 mol SO₃，而是包含了SO₂、O₂、SO₃三種氣體物質(zhì)，且已指定SO₂為0.5 mol。

解這個(gè)問(wèn)題的基本思路是：如果能夠把加入的各初始物質(zhì)的物質(zhì)的量轉(zhuǎn)換為等價(jià)于a=2、b=1、c=0時(shí)，就一定會(huì)使反應(yīng)達(dá)到與題設(shè)相同的化學(xué)平衡狀態(tài)，這樣就實(shí)現(xiàn)了題目所提出的要求。

現(xiàn)在題目設(shè)定a=0.5，那么對(duì)于b，符合邏輯的推斷當(dāng)然應(yīng)該是

b==0.25

接著，要判斷c的值，與a=2、b=1、c=0的初始狀態(tài)相比較。a、b的差值分別是

Δa=2－0.5=1.5

Δb=1－0.25=0.75

從化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)關(guān)系可知

Δc=1.5

由于題設(shè)的初始狀態(tài)時(shí)c=0，此處Δc為零與1.5之差，也即在(2)中c=1.5(前已指出a=0.5，b=0.25)。

為回答第(3)問(wèn)，需將(1)、(2)兩問(wèn)中的具體解“升華”為一般解，即將具體問(wèn)題抽象成普遍規(guī)律。

從a=0、b=0、c=2和a=0.5、b=0.25、c=1.5兩組關(guān)系中，不難發(fā)現(xiàn)下列兩式可以成立：

a＋c=2

2b＋c=2

這是一組有普遍意義的關(guān)系式。它們相當(dāng)于2 mol SO₂和1 mol O₂反應(yīng)建立起的化學(xué)平衡或由2 mol SO₃反應(yīng)建立起的化學(xué)平衡時(shí)各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。當(dāng)然，這兩個(gè)式子也可以寫成其他形式。

方法2(演繹推理)：還可以提出另外一種方法，可以通過(guò)一次計(jì)算使3個(gè)問(wèn)題都得到解答。

設(shè)反應(yīng)在題設(shè)條件(2 mol SO₂與1 mol O₂為起始反應(yīng)物)達(dá)化學(xué)平衡時(shí)生成的SO₃的物質(zhì)的量為x mol，則：

2SO₂＋O₂  2SO₃

起始時(shí)           2       1             0

平衡時(shí)           2－x         1－0.5x     x

設(shè)SO₂、O₂和SO₃為起始反應(yīng)物，其物質(zhì)的量分別為a mol、b mol和c mol，達(dá)化學(xué)平衡時(shí)生成的SO₃的物質(zhì)的量為y mol，則：

2SO₂＋O₂====2SO₃

起始時(shí)           a         b            c

平衡時(shí)        a－y    b－0.5y    y＋c

由于上述兩個(gè)化學(xué)平衡是等價(jià)的，下列關(guān)系應(yīng)當(dāng)成立，并構(gòu)成了一個(gè)方程組：

2－x=a－y

1－0.5x=b－0.5y

x=y＋c

從上式可以得到

a＋c=2

2b＋c=2

這就是第(3)問(wèn)的解。

若a=0，b=0，代入上式，得：c=2

這就是第(1)問(wèn)的解。

若a=0.5，代入上式，得：

b=0.25，c=1.5

這就是第(2)問(wèn)的解。

答案：(1)2    (2)0.25    1.5   (3)a＋c=2     2b＋c=2

●錦囊妙計(jì)

1.恒溫恒容條件下的等效平衡

恒溫恒容條件下，建立等效平衡的條件是：反應(yīng)物投料量相當(dāng)。如在t℃的V L恒溫恒容甲、乙兩容器中，甲中投入2 mol SO₂和1 mol O₂，乙中投入2mol SO₃，平衡時(shí)兩容器中SO₃的體積分?jǐn)?shù)相等。

若某平衡反應(yīng)為：

mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)

且m＋n=p＋q，則壓強(qiáng)對(duì)平衡無(wú)影響，這時(shí)建立等效平衡的條件是：相同反應(yīng)物的投料比相等；若投料物質(zhì)不一樣時(shí)，可依反應(yīng)方程式轉(zhuǎn)化后再作比較。如溫度t℃、體積為V L的甲、乙兩恒溫恒容容器中，甲中充入1 mol的I₂蒸氣和1 mol的H₂，乙中充入3 mol的I₂蒸氣和3 mol的H₂，那么平衡時(shí)，甲、乙兩容器中HI的體積分?jǐn)?shù)相同。

2.恒溫恒壓條件下的等效平衡

恒溫恒壓條件下，建立等效平衡的條件是：相同反應(yīng)物的投料比相等。若投料物質(zhì)不相同時(shí)，可依反應(yīng)方程式完全轉(zhuǎn)化后作比較。如3 L帶活塞的甲、乙兩容器，保持 t℃和1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，甲中投入2 mol N₂和5 mol H₂，乙中投入4 mol N₂和10 mol H₂，建立平衡時(shí)，兩容器中NH₃體積分?jǐn)?shù)相等。

●殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練

1.(★★★)將2.0 mol SO₂氣體和2.0 mol SO₃氣體混合于固定體積的密閉容器中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2SO₂(g)＋O₂(g) 2SO₃(g)，達(dá)到平衡時(shí)SO₃為n mol。在相同溫度下，分別按下列配比在相同密閉容器中放入起始物質(zhì)，平衡時(shí)SO₃等于n mol的是(   )

A.1.6 mol SO₂＋0.3 mol O₂＋0.4 mol SO₃

B.4.0 mol SO₂＋1.0 mol O₂

C.2.0 mol SO₂＋1.0 mol O₂＋2.0 mol SO₃

D.3.0 mol SO₂＋1.0 mol O₂＋1.0 mol SO₃

2.(★★★★)在一固定容積的密閉容器中，充入2.0 mol A和1.0 mol B發(fā)生如下反應(yīng)：

2A(g)＋B(g)  xC(g)

達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)為(C)。若維持容器體積和溫度不變，改為充入0.6 mol A、0.3 mol B和1.4 mol C為起始物質(zhì)，反應(yīng)達(dá)平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)也為(C)，則x可能為(   )

A.1                              B.2                              C.3                              D.4

3.(★★★★)在一個(gè)固定體積的密閉容器中，保持一定溫度，進(jìn)行以下反應(yīng)：

H₂(g)＋Br₂(g)  2HBr(g)

已知加入1 mol H₂和2 mol Br₂時(shí)，達(dá)到平衡后生成a mol HBr(見(jiàn)下表的“已知”項(xiàng))，在相同條件下，且保持平衡時(shí)各組分的含量不變，對(duì)下列編號(hào)(1)～(3)的狀態(tài)，填寫表中的空白。

編號(hào)

起始狀態(tài)(mol)

平衡時(shí)HBr(g)

物質(zhì)的量(mol)

H₂

Br₂

HBr

已知

1

2

0

a

(1)

2

4

0

(2)

1

0.5 a

(3)

m

n(n≥2m)

4.(★★★★★)在一定溫度下，把2.0體積N₂和6.0體積H₂通入一個(gè)帶活塞的體積可變的容器中，活塞的一端與大氣相通，如圖20―2所示。容器中發(fā)生的反應(yīng)如下：

N₂＋3H₂2NH₃(正反應(yīng)放熱)                       圖20―2

若反應(yīng)達(dá)到平衡后，測(cè)得混合氣體為7.0體積。試回答：

(1)保持上述反應(yīng)溫度不變，設(shè)a、b、c(a∶b=1∶3)分別代表初始加入的N₂、H₂和NH₃的體積，如果反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體中各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)仍與上述平衡完全相同。那么：

①若a=1.0，c=2.0，則b=___________。在此情況下，反應(yīng)起始時(shí)將向___________方向進(jìn)行(填“正”或“逆)。

②若規(guī)定起始時(shí)反應(yīng)向逆方向進(jìn)行，則c的范圍是__________________。(用含a、b的式子表示)。

(2)在上述裝置中，若需控制平衡后混合氣體為6.5體積，則可采取的措施是__________，原因是___________________________________。

難點(diǎn)磁場(chǎng)

提示：題設(shè)條件為恒溫恒壓，凡通入SO₂和O₂物質(zhì)的量比與題干相同者都符合題意，不論SO₃通入多少，都符合題意。

答案：ABC

殲滅難點(diǎn)訓(xùn)練

1.提示：依據(jù)恒溫恒容下建立等效平衡的條件：投料量相等，將備選項(xiàng)中O₂完全轉(zhuǎn)化后，得如下數(shù)據(jù)：

A.1.0 mol SO₂＋1.0 mol SO₃

B.2.0 mol SO₂＋2.0 mol SO₃

C.4.0 mol SO₃

D.1.0 mol SO₂＋3.0 mol SO₃

與題干比較，可知只有B符合題意。

答案：B

2.解析：恒溫恒容條件下，建立等效平衡的條件有兩種情況：①當(dāng)反應(yīng)物的計(jì)量數(shù)之和不等于生成物的計(jì)量數(shù)之和時(shí)，必須投料量相等(若投料物質(zhì)不一樣，則應(yīng)依化學(xué)方程式轉(zhuǎn)化后再作比較)；②當(dāng)反應(yīng)物的計(jì)量數(shù)之和等于生成物的計(jì)算數(shù)之和時(shí)，投料比相等亦可(若投料物質(zhì)不一樣，則應(yīng)依化學(xué)方程式轉(zhuǎn)化后再作比較)。依據(jù)前一種觀點(diǎn)，可知B項(xiàng)可選；依據(jù)后一種觀點(diǎn)，可知C項(xiàng)可選。

答案：BC

3.解析：“平衡不因壓強(qiáng)的改變而移動(dòng)”是此題一個(gè)很重要的已知條件。

H­₂(g)+Br(g)2HBr(g) ~ n_平（HBr）

 (m＋0.5x)∶(n＋0.5x)∶y=1∶2∶a

解之，x=2(n－2m)，y=(n－m)a。

答案：(1)2a   (2)0 0.5   (3)2(n－2m)   (n－m)a

4.解析：(1)題設(shè)反應(yīng)是在恒溫恒壓下進(jìn)行的，恒溫恒壓建立等效平衡的條件是：相同物質(zhì)的投料比相等(若投料物質(zhì)不一樣，可依化學(xué)方程式轉(zhuǎn)化后再作比較)。就本題而言，不論向原平衡體系中充入任意體積的NH₃，還是充入任意體積的比例符合V(N₂)∶V(H₂)=2.0∶6.0=1∶3的N₂和H₂的混合氣體，建立新平衡后，混合氣體中各氣體的體積分?jǐn)?shù)都與原平衡體系中同種物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)相同。

先求原平衡體系中N₂、H₂、NH₃的體積：V(N₂)、V(H₂)、V(NH₃)

N₂                     ＋           3H₂     2NH₃            ～    ΔV

  1                          3                    2            1＋3－2

        2.0－V(N₂)      6.0－V(H₂)     V (NH₃)    2.0＋6.0－7.0

V(N₂)=1.5，V(H₂)=4.5，V(NH₃)=1.0

則a=1.0，c=2.0時(shí)，b的求法為

N₂                     ＋           3H₂                       2NH₃

V_平                       1.5                         4.5                                 1.0

①             1.0                          b                                  2.0

因?yàn)镹H₃投入的多少對(duì)等效平衡無(wú)影響，所以    b=3.0

若求起始時(shí)，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的c的范圍，須先求加入多少c平衡不移動(dòng)，即在已充入a體積N₂和b體積H₂的前提下，先求c的平衡不動(dòng)量。當(dāng)然，這時(shí)a、b應(yīng)為已知量。設(shè)平衡不移動(dòng)時(shí)充入NH₃的體積為x

N₂       ＋    3H₂   2NH₃

V_平                                     1.5         4.5               1.0

②                                a            b                   x

則當(dāng)時(shí)，平衡不移動(dòng)，解得：x= (或x=)

所以，當(dāng)c＞(或c＞)時(shí)；起始時(shí)反應(yīng)逆向進(jìn)行。

答案：(1)①3.0     逆    ②c＞ (或c＞)        (2)適當(dāng)降溫或加壓      降溫或加壓，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氣體總物質(zhì)的量減少