巧解化学平衡问题

巧解化学平衡问题

化学科与数学、物理有着密切的联系，在解决化学问题时常用到数学方法或物理方法，如物理解题中常用的选取参照物、数学上常用的反证法等都可以用在化学解题上。在分析平衡问题时，有些问题从正面分析往往不容易找到合适的突破口，若选择恰当的状态作为参照，利用比较或反证法，则比较容易作出迅速判断。

例1、恒温恒容条件下，在密闭容器中，反应2NO2(g)N2O4(g)达到平衡后，再向容器内通入一定量N2O4，又达平衡时，NO2的体积分数（）

A、不变

B、增大

C、减小

D、无法确定

解析：本题中反应物和生成物都只有一种，反应达平衡后，再通入N2O4，增大了生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动，但是并不能由此就判断NO2的体积分数会增大，而应该是判断新平衡与原平衡比较，相当于平衡向哪移动。正确的方法是先假设把要充入的N2O4在上述同样条件（同温同压）下达平衡，此时两个平衡是等同的，再把这部分气体通入到原容器中，这相当于对原平衡气体加压，新平衡与原平衡比较，相当于增大压强，平衡正移，NO2的体积分数减小，故答案应为C项。

答案：C项

点评：本题的解法是通过假设引入一个状态作为参照把充入一定量N2O4这个条件等效为在原平衡基础上增大压强，再比较新旧两个平衡状态，最后比较得出结论。由此推理，若把“通入一定量N2O4”改为“通入一定量NO2”，由于等温等压下，容器中充入N2O4和充入NO2为等效平衡，新平衡与原平衡比较仍然相当于增大压强，平衡正移，NO2的体积分数也是减小。另外若把原题中“恒温恒容”改为“恒温恒压”，则无论再充入一定量NO2还是N2O4，新旧平衡都为等效平衡，NO2的体积分数都不变。

例2、某温度时，一定压强下的密闭容器中发生反应：aX(g)+bY(g) cZ(g)+dW(g)，达平衡后，保持温度不变压强增大至原来的2倍，当再达到平衡时，W的浓度为原平衡状态的1.8倍，下列叙述正确是　（）

A、平衡正移

B、(a+b)﹥(c+d)

C、Z的体积分数变小

D、X的转化率变大

解析：反应达到平衡后，保持温度不变压强增大至原来的2倍，若平衡不移动，各种物质的浓度都将变为原来的2倍，而W的浓度只有原平衡状态的1.8倍，W的浓度减小，说明平衡向逆反应方向移动，A项不

正确；增大压强，平衡逆移，说明正反应是气体总体积增大的反应，即(a+b)<(c+d)，B项不正确；增大压强，平衡逆移，Z的体积分数变小，X 的转化率变小，C项正确，D项不正确。

答案：C项

点评：本题的关键是判断平衡移动的方向，保持温度不变压强增大至原来的2倍，先假设平衡不移动，W的浓度应为原来的2倍作为参照，现实际上只有原平衡状态的1.8倍，说明平衡向逆反应方向移动。

例3、25℃时，若体积为V A、pH=a的某一元强酸与体积为V B、

pH=b的某一元强碱混合，恰好中和，且已知V A

（1）a值可否等于3（填“可”或“否”），理由是。（2）a值可否等于5（填“可”或“否”），理由是。（3）a的取值范围是。

解析：本题第（1）问和第（2）问若直接分析不好回答，若借用数学上的反证法则比较容易回答，如第（1）问，假若a=3，则b=6，即pH=6<7，溶液呈酸性，与已知条件一元强碱应呈碱性不符，故假设不成立，a不能等于3；同理，第（2）问若a =5，则b =10，酸溶液中c(H+)=10-5mol•L-1，碱溶液中c(OH-)=10-4mol•L-1，酸碱恰好中和，则有10-5V A=10-4V B，=10，即V A> V B，也与已知条件V A

a=0.5b，则b=2a>7，a>，再根据酸碱恰好中和，10-a V A=10b-14V

，=10a+b-14<1，a+b-14<0，将b=2a代入得3a<14，a<，即：

B

答案：（1）否若a=3，则b=6，两溶液均呈酸性（2）否若a =5，则b =10，10-5 V A=10-4V B，=10，则V A> V B（3）

点评：本题中第（1）问和第（2）问，根据题给条件不能直接推出a的值，若从正面直接分析不好回答，而通过借用数学上的反证法，先假设a等于该数值，然后由此得出与已知条件不符的结论，从而说明假设不成立，a不能等于该数值。

例4、常温下，将稀盐酸和氨水等体积混合，溶液恰好呈中性，则混合前溶液中c(HCl) c(NH3·H2O)（填“大于”、“小于”或“等于”，下同），混合前酸中c(H+)与碱中c(OH-)的关系：c(H+) c(OH-)。

解析：假若c(HCl)=c(NH3·H2O)，HCl与NH3·H2O正好反应生

成NH4Cl，由于NH4Cl水解溶液呈酸性，要使溶液呈中性，必须增

大NH3·H2O的浓度，即c(HCl)小于c(NH3·H2O)；假若c(H+)= c(OH-)，等体积混合时根据“谁弱显谁性”的原则，由于NH3·H2O远过量，溶液

呈碱性，要使溶液呈中性，就必须增大HCl中H+浓度，即c(H+) 大于c(OH-)。

答案：小于大于

点评：本题中直接比较c(HCl)与c(NH3·H2O)或c(H+) 与c(OH-)大小时不容易，因题目要求溶液恰好呈中性，先假设二者相等，判断出溶液的酸碱性，若呈酸性则要增大碱的浓度，反之，若呈碱性，则要增大酸的浓度，从而迅速比较出结果。

例5、已知多元弱酸在水溶液中的电离是分步进行的，且第一步电离程度远大于第二步电离程度，第二步电离程度远大于第三步电离程度，今有HA、H2B、H3C三种一元、二元、三元弱酸。根据“较弱酸+较弱酸盐=较弱酸盐+较弱酸”的反应规律，它们之间能发生下列反应：

①HA+HC2-(少量)=A-+H2C-

②H2B(少量)+2A-=B2-+2HA

③H2B(少量)+H2C-=HB-+H3C

回答下列问题：

（1）相同条件下，HA、H2B、H3C三种酸中酸性最强的是。（2）A-、B2-、C3-、HB-、H2C-、HC2-六种离子中，最易结合质子（H+）的是，最难结合质子（H+）的是。

（3）完成下列反应的离子方程式：

①H3C+A-：；

②HB-+A-：；

③H3C+B2-：。

解析：要解答本题，首先要判断六种酸的酸性强弱，根据题给三个方程式分别作出判断，根据方程式①HA+HC2-(少量)=A-+H2C-，根据强酸制弱酸的规律容易判断出HA>H2C-，另外还要注意量的关系，HC2-少量，则HA过量，说明HA只能与HC2-反应生成H2C-，而不能与H2C-再反应生成H3C，说明HA的酸性不比H3C的酸性强，即H3C的酸性大于HA的酸性，根据方程式①可得出酸性强弱顺序：H3C>HA>H2C-；同理根据方程式③可得出酸性强弱顺序：H2B>H3C>HB-；而方程式②H2B(少量)+2A-=B2-+2HA，实际上相当于两个反应：H2B+A-= HB-+HA和HB-+ A- = HA+ B2，根据前者可得酸性：H2B>HA，根据后者可得酸性：HB->HA，即：H2B>HB->HA，三个顺序结合起来就得到六种酸的酸性强弱