化學(xué)平衡解題中的假設(shè)方法與運(yùn)用技巧

文章編號(hào)：1005－6629(2008)11－0068－02中圖分類號(hào)：G632.479文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

假設(shè)是科學(xué)研究中常見(jiàn)的一種思維方式，也是化學(xué)解題中常用的技巧和策略。本文茲舉幾例談?wù)劵瘜W(xué)平衡解題中的兩種最基本、最重要的假設(shè)方法與運(yùn)用技巧。

1 極端假設(shè)

所謂極端假設(shè)就是把研究的對(duì)象或過(guò)程變化通過(guò)假設(shè)并推測(cè)理想的極限值，使因果關(guān)系變得非常明顯，從而得出正確判斷。

例1 在密閉容器中進(jìn)行的反應(yīng)：X(g)+4Y(g)

2P(g)+3Q(g)，已知X、Y、P、Q初始的物質(zhì)的量分別為0.1 mol、0.4 mol、0.2 mol、0.3 mol。在一定條件下，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，各物質(zhì)的物質(zhì)的量不可能的是（ ）

A. X為0.15 molB. Y為0.9 mol

C. P為0.3 molD. Q為0.55 mol

方法與技巧：通過(guò)討論正、逆反應(yīng)的兩個(gè)極端（終端）結(jié)果，判斷各物質(zhì)物質(zhì)的量的變化范圍，進(jìn)而做出正確的判斷。

假設(shè)反應(yīng)向正反應(yīng)方向完全進(jìn)行到底，則

X(g)+ 4Y(g) 2P(g)+ 3Q(g)

起始量/mol0.1 0.4 0.20.3

極限量/mol0 00.40.6

假設(shè)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向完全進(jìn)行到底，則

X(g)+ 4Y(g)2P(g)+ 3Q(g)

起始量/mol0.1 0.4 0.20.3

極限量/mol0.2 0.800

由于反應(yīng)的可逆性，反應(yīng)完全進(jìn)行到底是不可能的。因此，上述各物質(zhì)的物質(zhì)的量的變化范圍是：0＜n(X)＜0.2、0＜n(Y)＜0.8、0＜n(P)＜0.4、0＜n(Q)＜0.6，故本題正確選項(xiàng)為B。

例2.在一個(gè)容積固定的反應(yīng)容器中，有一個(gè)左右無(wú)摩擦可自由滑動(dòng)的隔板，兩側(cè)分別進(jìn)行如圖所示的可逆反應(yīng)，各物質(zhì)的起始加入量如下：M為2.5mol、N為3.0 mol、P為0，A、C、D各為0.5 mol，B為xmol。當(dāng)x在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，均可通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)器的溫度，使兩側(cè)反應(yīng)都達(dá)到平衡，并且使隔板恰好處于反應(yīng)器正中位置，如圖所示：

若達(dá)到平衡后，測(cè)得M的轉(zhuǎn)化率為75%，欲使右室反應(yīng)開(kāi)始時(shí)v正＞v逆，x的取值范圍是。

方法與技巧：左室進(jìn)行的反應(yīng)：2M(g)+3N(s)

2P(g)，因N為固態(tài)物質(zhì)，所以該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，因此無(wú)論M的轉(zhuǎn)化率如何，左室中氣體的物質(zhì)的量總為2.5 mol。當(dāng)兩側(cè)反應(yīng)都達(dá)到平衡后，若使隔板恰好處于反應(yīng)器正中位置，右室氣體的總物質(zhì)的量也必須是2.5 mol。因此，欲使右室反應(yīng)開(kāi)始v正＞v逆，反應(yīng)向正反應(yīng)即氣體體積縮小的方向進(jìn)行，則右室反應(yīng)開(kāi)始時(shí)A、B、C、D的總物質(zhì)的量應(yīng)大于2.5 mol。因A、C、D各為0.5mol，一定有B的物質(zhì)的量x＞1。

假設(shè)反應(yīng)向正反應(yīng)方向完全進(jìn)行到底，則B應(yīng)完全轉(zhuǎn)化，A可能不一定完全轉(zhuǎn)化，有：

A(g)+4B(g)2C(g)+D(g)

起始量/mol0.5x 0.50.5

極限量/mol0.5－ 0 0.5＋ 0.5＋

(0.5－)＋(0.5＋)＋(0.5＋)＝2.5，解得x＝2。

由于反應(yīng)的可逆性，反應(yīng)完全進(jìn)行到底是不可能的，故x＜2。因此，欲使右室反應(yīng)開(kāi)始時(shí)v正＞v逆，x的取值范圍是1＜x＜2。

2 過(guò)程假設(shè)

過(guò)程假設(shè)即把實(shí)際較為復(fù)雜的變化過(guò)程假設(shè)為若干個(gè)簡(jiǎn)單、理想的過(guò)程，并以其為參照，使問(wèn)題化難為易、避繁就簡(jiǎn)，并得以解決。

例3. 某溫度下，在固定容積的密閉容器中，可逆反應(yīng)A(g)+3B(g) 2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，A、B、C各物質(zhì)的物質(zhì)的量分別為2mol、2mol和1mol。保持溫度不變，再充入A、B、C的物質(zhì)的量分別為2 mol、2mol和1mol，則（ ）

A.平衡向逆方向移動(dòng)B.平衡不發(fā)生移動(dòng)

C.A的轉(zhuǎn)化率提高D.C的體積分?jǐn)?shù)減小

方法與技巧此類問(wèn)題一般是先構(gòu)建一個(gè)虛擬的同溫、同壓下的等效平衡，再依據(jù)題意進(jìn)行放縮，根據(jù)勒夏特列原理進(jìn)一步做出判斷。

如圖，同溫同壓下，容器Ⅰ與虛擬容器Ⅱ的左、右兩部分完全相同，平衡時(shí)互為等效。

當(dāng)把容器Ⅱ中假想的隔板抽出，容器Ⅰ與虛擬容器Ⅱ的平衡依然等效。依題意，此時(shí)我們推動(dòng)假想的活塞左移，使容器Ⅱ的體積與容器Ⅰ的相同，即相當(dāng)于在原實(shí)驗(yàn)條件不變的情況下，向原容器中再充入物質(zhì)的量分別為2mol、2mol和1mol的A、B、C。根據(jù)勒夏特列原理，平衡將向著氣體體積減小的方向即正反應(yīng)方向移動(dòng)，隨之A的轉(zhuǎn)化率提高，C的體積分?jǐn)?shù)增大，故本題正確選項(xiàng)為C。

例4.某溫度下，在一容積可變的容器中，反應(yīng)2A(g)+B(g)2C(g)達(dá)到平衡時(shí)，A、B和C的物質(zhì)的量分別為4mol、2mol和4mol。保持溫度和壓強(qiáng)不變，對(duì)平衡混合物中三者的物質(zhì)的量做如下調(diào)整，可使平衡右移的是（）

A. 均減半 B. 均加倍

C. 均增加1mol D. 均減小1mol

方法與技巧：由于反應(yīng)過(guò)程中容器容積可變即壓強(qiáng)不變，同時(shí)又有溫度也不變，因此，選項(xiàng)A、B中當(dāng)三者的物質(zhì)的量均減半或加倍變化時(shí)，容器的體積也相應(yīng)地縮小為原來(lái)的1/2或增大為原來(lái)的2倍，各組分的濃度不變，此時(shí)與原平衡互為等效，反應(yīng)繼續(xù)維持原平衡狀態(tài)，平衡不發(fā)生移動(dòng)。即在恒溫恒壓下，當(dāng)加入或減少反應(yīng)物的物質(zhì)的量之比等于原始物料之比（本題為2：1：2），平衡時(shí)，二者即互為等效平衡。因此，選項(xiàng)C中當(dāng)三者的物質(zhì)的量均增加1mol時(shí)，可設(shè)想為兩步加入，即第一次加入A、B、C各1mol、0.5mol、1mol，因同溫同壓下，加入物料的物質(zhì)的量之比等于原始物料之比，平衡時(shí)互為等效，此時(shí)平衡不發(fā)生移動(dòng)，第二次再加入0.5mol B，增大了反應(yīng)物的濃度，則平衡向右移動(dòng)。選項(xiàng)D中三者物質(zhì)的量均減小1mol，也可設(shè)想為兩步進(jìn)行，即先將A、B、C各減小1mol、0.5mol、1mol，此時(shí)平衡不移動(dòng)，再將B減小0.5 mol，減小了反應(yīng)物的濃度，平衡向左移動(dòng)。因此，本題正確選項(xiàng)為C。

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