巧用模擬法解化學平衡問題

高中化學教材中有關化學平衡的問題，歷年來都是教學的重點和難點，同時也一直是高考的熱點。涉及到化學平衡的問題常因反應過程較復雜、思考過程很抽象，導致學生解題思路模糊、混亂，使學生對這類問題感到很頭痛。如何把抽象、模糊的思維過程具體化、明朗化？這里介紹的“模擬法”就是解決這個問題的有效方法之一，這種方法非常類似于解幾何題時設的輔助線，由于化學平衡的建立與過程無關，我們把一個本不存在的過程模擬出來，從而使問題由于假設而變的清晰、具體、便于理解，達到順利解決問題的目的。解化學平衡問題使用的模擬法主要分為以下兩種類型。

一、 模擬化學平衡的反應過程

即把化學平衡中本不存在的化學反應過程假設存在，從而使問題的思考具體化、明確化。

例1 某溫度下，在一容積固定的密閉容器中進行反應：

解析 由題意分析可知①②③均是在恒溫恒容條件下進行的反應，其中①③屬于反應前后氣體物質的量有變化的反應，而②則屬于反應前后氣體物質的量不變的反應，這三個反應正好代表兩種反應類型。

對于①中第一次向容器中加入1 mol A和2 mol B達到平衡，再向同樣的容器中加入1 mol A和2 mol B，再次達到平衡，這時我們可以模擬出一種同學們很容易理解的情況：

在上述Ⅰ?邛Ⅱ過程中當A與B的物質的量都增到原來2倍時，體積也增大為原來的2倍，這時達到的平衡與原平衡是等效平衡，因而達平衡時A與B轉化率不變，所以當A與B物質的量各增大到原來的2倍時，生成C的物質的量也是原來的2倍，即2a mol，由于是等效平衡，平衡時C的體積分數不變，仍為W%。但在Ⅱ?邛Ⅲ將體積由2V壓縮到V的過程中，由于該反應是兩邊氣體物質的量變化的反應，所以必然導致壓強的增大，平衡向著氣體物質的量減小的方向移動，這種移動就使A與B的轉化率增大，這樣生成的C就大于2a mol，因此C的體積分數也必大于W%。

對于②的反應中Ⅰ?邛Ⅱ的過程我們可以采用同樣的方法進行分析，由于該反應是兩邊氣體物質的量不變的反應，所以Ⅱ?邛Ⅲ壓縮體積反應達新平衡時，壓強的增大不會引起平衡的移動，因而A與B的轉化率不會發生變化，當A與B各由1 mol、2 mol增到2 mol、4 mol時生成的C物質的量就等于2a mol，C的百分含量仍為W%。

對于③的反應過程，我們同樣可以利用這種模擬思維的方式解決問題。

對Ⅰ?邛Ⅱ，C的物質的量由2 mol增到4 mol時，體積也由V擴大到2V，則Ⅱ中達到平衡時與Ⅰ中的平衡是等效平衡，C的轉化率不變，達平衡時C就是2a mol，C的體積分數是W%。當由Ⅱ壓縮到Ⅲ時，壓強增大會使平衡向生成C的方向移動，則C的轉化率降低，即Ⅲ達平衡時C的物質的量將大于2a mol，體積分數也大于W%。

二、 模擬化學平衡的反應條件

這種模擬是把一個本不存在的反應條件假設存在，從而達到順利地思考問題并解決問題的目的。

例2 在一容積固定的密閉容器中，加入2 mol A和1 mol B發生反應：2A（g）+B（g）3C（g）+D（g），達平衡時C的濃度為W mol/L，若維持容器的體積和溫度均不變，按下列四種配比加入起始物質，達到平衡后，C的濃度仍為W mol/L的是（）。

A.4 mol A+2 mol BB.2 mol A+1 mol B+3 mol C+1 mol D

C.3 mol C+1 mol D+1 mol B D.3 mol C+1 mol D

解析 A項中充入A和B物質的量均為題干中的2倍，假設容器的體積也為原來的2倍，則可建立等效平衡，如圖：

則Ⅱ中反應達到平衡時，C的濃度應為W mol/L，當Ⅱ?邛Ⅲ把體積壓縮到原體積時，化學平衡會向逆反應方向移動，根據勒夏特列原理，這種移動只會使C的濃度增大的小一些，因此C的濃度仍將增大，即大于W mol/L。

B項的加入情況與A是等效的，因此分析情況類似。

C項中先看作加入3 mol C與1 mol D達到平衡時與題干中等效，但若再加入1 mol B，則會生成更多的C，使C的濃度大于W mol/L。

D中的情況與題干所給情況是等效的，所以達平衡時C的濃度就是W mol/L。

例3 在一容積固定的密閉容器中進行反應：2NO2（g）N2O4（g），若向該容器中加入1 mol NO2達平衡，則向另一同樣容器中加入2 mol NO2達平衡時，與原平衡相比，下列說法錯誤的是（）。

A.NO2的轉化率減小 B.NO2的轉化率增大

C.混合氣體顏色將加深 D.比值變小

解析 假設當NO2物質的量由1 mol變為2 mol時，容器的容積也由V擴到2V，則平衡與原平衡是等效的，NO2轉化率不變，混合氣體顏色也不變，比值也不變。但當把容器由2V壓縮到V時，平衡會正向移動，導致NO2的轉化率增大，根據勒夏特列原理，平衡的移動只能使某種改變被削弱，但不會抵消，NO2的濃度還是比原平衡濃度大，因而氣體顏色加深，當然隨著平衡移動，比值變小，所以錯誤的只有A。

從上述兩類情況分析可以看出，對于化學平衡問題，若能建立合理的模型，通過這種模擬的過程把復雜、抽象、難以理解的問題變得簡單、明了、易于掌握，這樣便可以使學生達到良好的學習效果。