“建立模型法”在化学平衡中的应用

“建立模型法”在化学平衡中的应用

化学平衡是中学化学重要的基本理论知识，也是高考中重点考查的内容，从近几年高考试题可以看出这部分内容呈逐年升温的趋势。由于化学平衡内容抽象，对于学生来说一直是一个难点，然而，对于一些抽象的问题，如果我们能建立具体的思维模型，会使问题简单、明了化，这种方法我将其称为“建立模型法”。下面本人结合近两年高考试题谈谈“建立模型法”在化学平衡一些问题中的应用。

一、用于化学平衡状态的判断

可逆反应达到化学平衡状态后，反应混合物中各组分的浓度保持不变，实际上，不仅各组分的浓度，其他物理量也均保持不变。然而，当外界条件改变时，平衡将被破坏并发生移动，平衡移动则导致一些物理量发生变化。我们可以建立这样的思维模式去判断可逆反应是否达到平衡：若平衡移动必然导致某物理量发生改变，则一旦反应混合物中该物理量不再改变，说明可逆反应已达平衡。如，对于合成氨反应，恒温恒容时，平衡移动必然使总压改变，则当总压不变时，说明反应已达平衡；而对于反应H2(g)+I2

(g) 2HI(g)，恒温恒容时，平衡移动总压不变，则不能根据总压来判断反应已达平衡。

例1．将一定量的SO2和含0.7 mol氧气的空气（忽略CO2）放入一定体积的密闭容器

中，550 ℃时，在催化剂作用下发生反应：2SO2+O2催化剂

加热

2SO3（正反应放热）。判断该反

应达到平衡状态的标志是。（填字母）

a．SO2和SO3浓度相等b．SO2百分含量保持不变

c．容器中气体的压强不变d．SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等

e．容器中混合气体的密度保持不变

解析：SO2和SO3浓度相等仅仅是反应过程中某一瞬时的关系，a错；若平衡正向（或逆向）移动，必然导致SO2百分含量减小（或增大），容器中气体的压强减小（或增大），而容器中混合气体的密度不变，则b、c对，e错；d中“SO3的生成速率”与“SO2的消耗速率”均为正反应速率，错。答案：bc。

二、用于化学平衡移动的问题

对于化学平衡移动问题的分析可建立以下思维模式：

条件改变平衡移动

各种量变

由外界条件的改变结合反应的特点（正反应为吸热还是放热反应、正反应是气体体积增大还是缩小的反应）可以判断平衡移动的方向，平衡移动必然导致各种量变；反过来，由题目告知的量变信息，可以反过来判断平衡移动的方向，再由平衡移动的方向结合反应特点（或条件的改变）可以判断条件的改变（或反应特点）。那么，在具体解题时，我们所要做的是由题中信息分析“条件的改变”、“反应的特点”、“各种量变”等内容，然后根据它们的联系作答。

例2．在一体积可变的密闭容器中，加入一定量的X、Y，发生反应

m X(g)n Y(g) △H= Q kJ·mol－1。反应达到平衡时，Y的物质的量浓度与温度、气体体积的关系如下表所示：

●气体

体积

●c

● 1 ● 2 ● 3

(Y)

●温度

●100℃● 1.00 mol·L—1●0.75 mol·L—1●0.53 mol·L—1

●200℃● 1.20 mol·L—1●0.09 mol·L—1●0.63 mol·L—1

●300℃● 1.30 mol·L—1● 1.00 mol·L—1●0.70 mol·L—1

下列说法正确的是（）

A．m＞n

B．Q＜0

C．温度不变，压强增大，Y的质量分数减少

D．体积不变，温度升高，平衡向逆反应方向移动

解析：本题根据表格数据考查化学平衡移动问题。由表中数据可得出条件改变和各种量变间的关系，从而可以分析得出该反应的特点。根据表中数据，若温度恒定为100℃，当气体体积由1变为2时，c(Y) 由1.00mol·L—1变为0.75mol·L—1，根据过程假设的思想，把这个过程假设为两个阶段，第一个阶段为气体体积由1变为2，但平衡未移动，则压强变为原来的一半，c(Y)变为0.50mol·L—1，第二个过程为压强变为原来的一半后，平衡发生移动，

使c (Y)由0.50mol·L —1变为0.75mol·L —1，则可以看出减压使c (Y)增大，平衡正向移动，所以正反应为气体体积增大的反应，∴m ＜n ，A 选项错；若气体体积为1不变时，从表中数据可看出，升温使c (Y)增大，即升温使平衡正向移动，说明正反应为吸热反应，∴Q ＞0，B 、D 选项均错；压强增大，平衡逆向移动，则Y 的质量分数减少，C 选项对，答案为C 。

例3．某温度时，在2L 密闭容器中气态物质X 和Y 反应生成气态物质Z ，它们的物质的量随时间的变化如下表所示

（1）体系中发生反应的化学方程式是 。

（2）如果该反应是放热反应。改变实验条件（温度、压强、催化剂）得到Z 随时间变化的曲线①、②、③（如右图所示）则曲线①、②、③所对应的实验条件改变分别是：① ，② ，③ 。

解析：（1）由参加反应的各物质的物质的量之比等于其化学计量数之比不难得出该反应的方程式为：X ＋2Y 2Z ；（2）本小题通过图像考查平衡移动问题，从图像中我们可以分析得出各种量变情况，再结合反应特点可反推出条件的改变。由表格可看出，改变条件前，反应在第9min 时达平衡，平衡时Z 的物质的量为0.9mol ，改变实验条件后，曲线①、②、③达平衡所需时间均缩短（小于9min ），即反应速率均加快，则外界条件的改变为升高温度、增大压强或加入催化剂，其中①平衡时Z 的物质的量减小为0.6mol ，说明平衡逆向移动，结合正反应为放热反应，可知条件改变为升高温度；②平衡时Z 的物质的量仍为0.9mol ，说明平衡状态未改变，则为加入催化剂；③平衡时Z 的物质的量增大为0.95mol ，说明平衡正向移动，结合正反应为气体体积缩小的反应，可知条件改变为增大压强。

答案：（1）X ＋2Y

2Z （2）升高温度 加入催化剂 增大压强

三、利用“三行式”解有关化学平衡的计算题