| 高考化学平衡试题的解题策略 | ||||||||||||||||||||
| 平衡理论是中学化学的重要理论,也是高考试题中的的热点与难点.在高考试题中,由于化学平衡试题较好地考察了同学们的思维想像能力、逻辑推理能力、以及化学计算能力,从而得到命题者的青睐.如何解答好这部分试题呢?我认为在掌握基础知识的同时,要学会运用三大解题策略。 一. 极限解题策略 1. 在达到化学平衡时,任一物质的质量或浓度都大于零(即任意物质的量极限为零). 2. 可逆反应的最大极限为不可逆反应,即反应物的转化率的极限为100%. 例1(2010年高考新课程卷26题,14分) 物质A～G有下图所示转化关系（部分反应物、生成物没有列出）。其中A为某金属矿的主要成分，经过一系列反应可得到B和C。单质C可与E的浓溶液发生反应，G为砖红色沉淀。 请回答下列问题： （1）写出下列物质的化学式：B 、E 、G ； （2）利用电解可提纯C物质，在该电解反应中阳极物质是 ，阴极物质是 ，电解质溶液是 ； （3）反应②的化学方程式是 。 （4）将0.23 mol B和0.11 mol氧气放入容积为1 L的密闭容器中，发生反应①，在一定温度下，反应达到平衡，得到0.12 mol D，则反应的平衡常数K= 。若温度不变，再加入0.50 mol氧气后重新达到平衡，则B的平衡浓度 （填“增大”、“不变”或“减小”），氧气的转化率 （填“升高”、“不变”或“降低”），D的体积分数 （填“增大”、“不变”或“减小”）。 解析：（1）“G为砖红色沉淀”是本题的突破口，因此此题可以用逆向推断的方法做。不难看出，F生成G的反应是醛基的检验，所以，F为CuSO4;从B→D→E，可推断为NO→NO2→ HNO3或SO2→SO3 →H2SO4等。因为B→D的转化需用催化剂，可判定B为SO2，D为SO3，E为H2SO4。 当然，可能有的同学总想弄清A是什么，从题目来看，A应为Cu2S（化学方程式见人教版必修2，89页）。 （2）考察学生对电解精炼铜原理的认识。粗铜做阳极，发生氧化反应，纯铜做阴极，Cu2 在阴极上得电子发生还原反应，电解液为CuSO4溶液。 （3）书写化学方程式，略。 （4）第一空考察化学平衡常数的计算。依据化学方程式： 2SO2 O2 ====== 2SO3(反应条件略) c(mol/L):起始 0.23 0.11 0 转化 0.12 0.06 0.12 第一次 平衡 0.11 0.05 0.12 可以求得：K=(0.12)2/[(0.11)2×0.05]=23.8 第二、三、四空考察学生对化学平衡移动原理的理解。这是学生出错最多的地方。恒温、恒容条件下，加入0.50 mol O2后，根据勒夏特列原理，平衡右移，SO2的物质的量减少，体积分数减小，O2本身的转化率降低。问题是平衡右移后，SO3 的物质的量无疑会变大，而总物质的量也变大，SO3的体积分数将怎样变化哪？同学们肯定会通过计算来这样解答： 2SO2 O2 ====== 2SO3(反应条件略) (mol/L): 起始 0.11 0.05 0.50 0.12 转化 2X X 2X 第二次平衡 0.11-2X 0.55-X 0.12 2X 如果用平衡常数来计算X，势必得到一个一元三次方程式，而中学阶段无法解出，这就考察了学生灵活应变的能力。很多学生做到次此处可能就不做了，认为平衡右移，SO3的体积分数一定是变大了。实际上，第一次平衡时SO3的体积分数为： 0.12/(0.11 0.05 0.12)=0.429 只要注意到可逆反应中任意物质的浓度不可能为零的特点，X的最大极限值为0.055 mol/L,所以第二次平衡时SO3的体积分数最大为： (0.12 2X)/(0.11 0.55-X)=0.23/0.605=0.380显然，体积分数减小了。 练习1(2010年上海高考,25题).接触法制硫酸工艺中，其主反应在450℃并有催化剂存在下进行 2SO2 O2 2SO3 （1）该反应所用的催化剂是 （填写化合物名称），该反应450℃的平衡常数 500℃时的平衡常数（填“大于”、“小于”或“等于”）。 （2）该热化学反应方程式的意义是 。 （3）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 a. v (o2)正=2 v (SO3)逆 b.容器中气体的平均分子量不随时间而变化 c.容器中气体的密度 不随时间而变化 d.容器中气体的分子总数不随时间而变化 （3）在一个固定容积为5 L的密烤容器中充入0.20 mol SO2和0.10 mol O2，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO3 0.18 mol，则 = ：若继续通入0.20 mol SO2和 0.10 mol O2则平衡 移动（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“不”），再次达到平衡后， mol < n(SO3)< mol。 答案:（1）五氧化二钒,大于（2）在4500C时,2 mol SO2气体和1 mol气体完全反应生成2 mol SO3气体放出的热量为190 kJ; （3）b,d（4）0.036;向正反应方向;０.３６;０.４０ 提示:最后一空用极限的思想,假设0.4 mol SO2完全反应,会得到0.4 mol 的SO3. 二.等价代替策略 1. 在恒温、恒容条件下，对于化学反应前后气体分子数改变的可逆反应，投料不同，但是,如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量与原平衡相同，则达到平衡状态两平衡等效。简称为:恒温恒容等量等效. 2. 在恒温、恒容条件下，对于反应前后气体分子数不变的可逆反应，投料不同, 如果通过可逆反应的化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质,只要反应物（或生成物）的物质的量之比与原平衡相同，则达到平衡状态两平衡等效。简称为: 恒温恒容分子数不变等量等比都等效. 3. 在恒温、恒压条件下，投料不同，只要按化学计量数之比换算成化学方程式的同一边物质的物质的量之比与原平衡相同，达到平衡状态后与原平衡等效。简称为:恒温恒压等比等效. 请同学们注意: 我们所说的“等效平衡”与“完全相同的平衡状态”不同；“等效平衡”只要求平衡混合物中各组分的物质的量分数（或体积分数）对应相同，反应的速率、压强等可以不同。等效平衡中的二个平衡状态有时是完全相同的,有时不是 例2(2010年高考江苏卷14题)在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下（已知N2 3H2 NH3⊿H=-92.4 kJ·mol-1） 下列说法正确的是 A.2C1>C3 B. C. D. 解析:甲与乙显然是恒温恒容下的等效平衡,且化学平衡状态完全相同.则甲与乙平衡体系中c1=c2,p1=p2. 假设甲反应在1L的容器中进行,且反应中,平衡时N2的转化率为40%,则平衡时NH3的浓度为0.8 mol/L;因甲与乙是恒温恒容等效平衡,乙反应平衡时NH3的浓度仍为0.8 mol/L,则乙中NH3的转化率为(2mol/L-0.8 mol/L)/2mol/L=60%可见,在这种情况下,二者转化率的关系为α1 α2=1,也就不难理解二者反应热的关系.选项B正确. 对于反应丙,使用等价代替策略,设想丙由二个乙容器各放入2 mol NH3反应,达到平衡后,将一个容器中物质压入另一个容器里,压强必然增大, 平衡右移,C3(NH3)>2C1(NH3)选项A错误.达到平衡时,由于平衡的右移,总取值的量减少,则P2<P3<2P2,选项C错误;同理由于NH3的转化率变小,故α3<α2 , 而α1 α2=1, 得α1 α3<1,选项D正确 答案:B,D 练习2(2010年北京卷,12题)某温度下，H2(g) CO2(g)===CO(g) H2O(g)的平衡常数．该温度下在甲、乙、丙三个恒容密闭容器中，投入H2(g)和CO2(g),其起始浓度如下表所示。下列判断不正确的是
Ａ．平衡时，乙中CO2的转化率大于60% Ｂ．平衡时，甲中和丙中H2的转化率均是60％ Ｃ．平衡时，丙中c(CO2)是甲中的2倍，是0.012mol/L Ｄ．反应开始时，丙中的反应速率最快，甲中的反应速率最慢 答案:C 提示: 恒温恒容分子数不变的反应中等量等比都等效.故只需通过平衡常数K计算出甲中H2的转化率均是60％,丙与甲为等效平衡,H2的转化率相等. 三.定性与定量结合策略 1.在可逆反应中,QC《KC,则平衡正向移动. QC》KC,则平衡逆向移动.可以计算并比较二者的大小,判断化学平衡移动的方向. 2.升高温度, KC变小,平衡逆向移动，说明为正向放热的反应,△ H<0; 升高温度, KC变大,平衡正向移动，说明为正向吸热的反应,△ H>0; 可以从温度与化学平衡常数的变化,判断反应焓变的正负. 例3(2010年天津卷,10题,14分)二甲醚是一种重要的清洁燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。 请回答下列问题： ⑴ 煤的气化的主要化学反应方程式为：_____________________________________。 ⑵ 煤的气化过程中产生的有害气体H2S用Na2CO3溶液吸收，生成两种酸式盐，该反应的化学方程式为：________________________________________________。 ⑶ 利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下： ① 2H2(g) CO(g) CH3OH(g)；ΔH ＝ －90.8 kJ·mol－1 ② 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) H2O(g)；ΔH＝ －23.5 kJ·mol－1 ③ CO(g) H2O(g) CO2(g) H2(g)；ΔH＝ －41.3 kJ·mol－1 总反应：3H2(g) 3CO(g) CH3OCH3(g) CO2 (g)的ΔH＝ ___________； 一定条件下的密闭容器中，该总反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__________（填字母代号）。 a．高温高压 b．加入催化剂 c．减少CO2的浓度 d．增加CO的浓度 e．分离出二甲醚 ⑷ 已知反应②2CH3OH(g) CH3OCH3(g) H2O(g)某温度下的平衡常数为400 。此温度下，在密闭容器中加入CH3OH ，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
① 比较此时正、逆反应速率的大小：v正 ______ v逆 （填“>”、“<”或“＝”)。 ② 若加入CH3OH后，经10 min反应达到平衡，此时c(CH3OH) ＝ _________；该时间内反应速率v(CH3OH) ＝ __________。 解析: (1).(2).(3)的答案为: (1) C H2O===CO H2(条件为高温)(2)H2S Na2CO3==NaHS NaHCO3(3)-246.4 kJ/mol;c,e (4) ①中可以计算QC= (0.6×0.6)/0.442 =1.86,小于400,所以化学平衡向右移动. ②中可以把某时刻物质的浓度当作起始浓度进行计算 2CH3OH(g) CH3OCH3(g) H2O(g) 起始1: 0.44 2×0.6=1.64 起始2: 0.44 0.6 0.6 转化: 2X X X 平衡: 0.44- 2X 0.6 X 0.6 X 则KC=( 0.6 X)2/( 0.44- 2X)2=400,解得X=0.2 mol/L. c(CH3OH) ＝ 0.04 mol/L,反应起始只加入了CH3OH, 该时间内反应速率为: v(CH3OH)=[(1.64-0.04)/10]mol/((L·min)=0.16 mol/((L·min ) 练习3：（2010年全国卷Ⅰ，27题.，15分）在溶液中，反应A 2BC分别在三种不同实验条件下进行，它们的起始浓度均为、及。反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。 请回答下列问题： （1）与①比较，②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是： ②_______________； ③_______________； （2）实验②平衡时B的转化率为_________；实验③平衡时C的浓度为____________； (3）该反应的_________0，判断其理由是_________________________； （4）该反应进行到4.0 min时的平均反应速度率：[来源:] 实验②：=__________________________________； 实验③：=__________________________________。 答案:（1）②加催化剂；达到平衡的时间缩短，平衡时A的浓度未变 ③温度升高；达到平衡的时间缩短，平衡时A的浓度减小 （2）40%（或0.4）；0.06 mol/L；（3）﹥；升高温度向正方向移动，故该反应是吸热反应 （4）0.014 mol(L·min)-1；0.009 mol(L·min)-1 提示: （1）压强不会使此反应的化学平衡发生移动。可以从温度改变，KC就会变化，而使用催化剂不能使化学平衡移动入手分析。 （2）设溶液为1L，则②中达平衡时A转化了0.04 mol，由反应A 2BC可知B转化了0.08 mol，所以B转化率为；同样在③中A转化了0.06 mol，则生成C为0.06mol,体积不变，即平衡时c(C)=0.06mol/L (3) ﹥0；理由：由③和①进行对比可知升高温度后A的平衡浓度减小，即A的转化率升高，平衡向正方向移动，而升温是向吸热的方向移动，所以正反应是吸热反应，﹥0 （4）从图上读数，进行到4.0 min时，实验②的A的浓度为：0.072 mol/L,则 c(A)=0.10-0.072=0.028mol/L，, ∴=2=0.014mol(L·min)-1；进行到4.0mi实验③的A的浓度为：0.064mol/L： △c(A,) =0.10-0.064=0.036 mol/L，, ∴==0.0089 mol(L·min)-1 总之,化学平衡综合题目的解答，除了有扎实的基础做后盾，还应该树立独特的化学思维。只有在平时的解题过程中不断的积累并深入思考总结，才能使自己的能力不断的提高！ |
