巧用“平衡點(diǎn)”解決化學(xué)平衡問題

摘 要：化學(xué)平衡是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生在分析復(fù)雜的化學(xué)平衡問題時存在很多問題。巧用“平衡點(diǎn)”并輔以數(shù)軸表示法可以有效幫助學(xué)生理解復(fù)雜的化學(xué)平衡問題。

關(guān)鍵詞：提出；解決；平衡

一、問題的提出

化學(xué)平衡是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，由于化學(xué)平衡問題非常抽象，很多學(xué)生在解決化學(xué)平衡問題時會“暈頭轉(zhuǎn)向”，在遇到復(fù)雜的化學(xué)平衡問題時更是無從下手。我們先來看一道典型的例題。

例1.在溫度不變的條件下，在一固定容積的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)2NO2（g）？葑N2O4（g）并達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。

（1）維持溫度不變，再向容器中通入一定量NO2氣體，化學(xué)平衡將向 （填“正向”“逆向”）移動。重新達(dá)到平衡后，與第一次平衡相比，NO2的體積分?jǐn)?shù)將 （填“變大”“變小”或“不變”）

（2）維持溫度不變，再向容器中通入一定量N2O4氣體，化學(xué)平衡將向 （填“正向”“逆向”）移動。重新達(dá)到平衡后，與第一次平衡相比，NO2的體積分?jǐn)?shù)將 （填“變大”“變小”或“不變”）（答案：（1）正向，變小；（2）逆向，變小）

筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在分析問題時，普遍存在下列問題：

1.在分析化學(xué)平衡移動的方向問題時，有學(xué)生分別從濃度和壓強(qiáng)的角度分析，得出了不同的結(jié)論。

2.有學(xué)生正確判斷出了化學(xué)平衡移動的方向，但無法判斷新平衡與原平衡相比較NO2的體積分?jǐn)?shù)將如何變化。第一個問題不難解決。分析化學(xué)平衡移動的本質(zhì)，即比較正向速率（v正）和逆向速率（v逆）的相對大小，問題便迎刃而解。第二個問題就不容易分析了。在“費(fèi)盡口舌”后，筆者感覺很難達(dá)到最佳效果。有沒有更好的方式幫助學(xué)生理解這個問題呢？

二、問題的解決

針對上面的問題，筆者再三思考，決定給學(xué)生引入一個概念——平衡點(diǎn)。在一定的條件下，反應(yīng)體系中各種組分的物質(zhì)的量、濃度及百分含量保持恒定的狀態(tài)，稱之為化學(xué)平衡狀態(tài)，這種“狀態(tài)”中有一個重要的信息，即各種組分的百分含量恒定，這正是解決化學(xué)平衡問題（尤其是“等效平衡”問題）的重要突破口，我們不妨把這種“各種組分的百分含量恒定”的狀態(tài)稱為“平衡點(diǎn)”。在一定的條件下，某可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)實(shí)際上就是達(dá)到了該反應(yīng)的“平衡點(diǎn)”，“等效平衡”實(shí)際上就是各平衡的“平衡點(diǎn)”相同。值得注意的是，這里的“平衡點(diǎn)”與“化學(xué)平衡狀態(tài)”是有區(qū)別的，兩個完全相同的“化學(xué)平衡狀態(tài)”指的是兩個平衡體系中各種組分的物質(zhì)的量、濃度及百分含量都相同，而兩個平衡的“平衡點(diǎn)”相同，僅要求兩個平衡體系中各種組分的百分含量相同。

下面筆者舉例說明如何運(yùn)用“平衡點(diǎn)”解決化學(xué)平衡問題。

例2.在某溫度下發(fā)生反應(yīng)N2（g）+3H2（g）？葑2NH3（g） △H=-92.3 kJ/mol。

（1）若在一固定容積的密閉容器中充入1 mol N2和3 mol H2，發(fā)生上述反應(yīng)，整個過程維持體系溫度不變，一段時間后反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)。

（2）現(xiàn)向另一完全相同的容器中投入2 mol NH3，在相同條件下，發(fā)生反應(yīng)并最終達(dá)到平衡。下列說法一定正確的是（ ）（答案：A、D）

A.（1）和（2）兩次平衡狀態(tài)NH3的體積分?jǐn)?shù)相同

B.（1）和（2）兩次反應(yīng)的熱效應(yīng)相同

C.（1）和（2）兩反應(yīng)達(dá)平衡時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率相同

D.（1）和（2）兩次平衡狀態(tài)容器內(nèi)的壓強(qiáng)相同

分析：在這個例子中，我們借用數(shù)學(xué)中的數(shù)軸表示法，巧用“平衡點(diǎn)”的表示方法，問題便能迎刃而解。顯然這兩次反應(yīng)最終達(dá)到的化學(xué)平衡狀態(tài)完全相同，但反應(yīng)的過程不同。

如圖1所示：（1）過程是從A點(diǎn)[此時體系中NH3的體積分?jǐn)?shù) ？漬1（NH3）=0，反應(yīng)物N2、H2的轉(zhuǎn)化率？琢（N2）=0，？琢（H2）=0]到平衡點(diǎn)P[此時NH3、N2、H2的體積分?jǐn)?shù)分別為？漬（NH3）、？漬（N2）、？漬（H2），反應(yīng)物N2、H2的轉(zhuǎn)化率分別為？琢1（N2）、？琢1（H2），且二者相等，設(shè)為？琢1]，設(shè)此過程放熱為Q1（Q1>0）；

如圖2所示：（2）過程是從B點(diǎn)[此時NH3的體積分?jǐn)?shù)？漬2（NH3）=100%，反應(yīng)物NH3的轉(zhuǎn)化率？琢（NH3）=0]到同一個平衡點(diǎn)P[此時NH3、N2、H2的體積分?jǐn)?shù)分別為？漬（NH3）、？漬（N2）、？漬（H2），反應(yīng)物NH3的轉(zhuǎn)化率為？琢2（NH3），設(shè)為？琢2]，設(shè)此過程吸熱為Q2（Q2>0）。

對比（1）（2）兩過程，很容易得出上題的正確答案，而且很明顯可以得出各量之間的關(guān)系：反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率？琢1+？琢2=1，熱效應(yīng)：Q1 +Q2=92.3 kJ。

恒溫、恒容下再通入NO2，首先建立模擬“中間狀態(tài)”，體系平衡點(diǎn)仍為P點(diǎn)；考慮體系壓強(qiáng)增大的因素，新平衡點(diǎn)將從P點(diǎn)移至P′點(diǎn)（整個過程可以看成從A點(diǎn)到P′點(diǎn)）（如圖4所示）；

恒溫、恒容下再通入N2O4，首先建立模擬“中間狀態(tài)”，再次通入的這部分N2O4，平衡點(diǎn)仍為P點(diǎn)（從B點(diǎn)到P點(diǎn)）（如圖5所示）；

考慮體系壓強(qiáng)增大的因素，新平衡點(diǎn)將從P點(diǎn)移至P′′點(diǎn)（如圖6所示）；

整個過程相當(dāng)于從B點(diǎn)到P′′點(diǎn)（如圖7所示）。

蘇霍姆林斯基曾說：“教育不是什么無憂無慮、安逸閑適的田園生活，它每一步都會遇到困難，教育技能就在于正視并克服這些困難”。在理科教學(xué)中，我們難免會遇到像化學(xué)平衡這樣抽象難懂的內(nèi)容，在處理這些內(nèi)容時，教師不妨引領(lǐng)學(xué)生大膽嘗試一些新的方法，這不僅可以拓展學(xué)生的解題思路，有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的理性思維，也有助于學(xué)生感受化學(xué)學(xué)科的魅力。正可謂“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”！

參考文獻(xiàn)：

劉儒德.關(guān)于解決化學(xué)平衡問題的初步研究.教育探索，2002（9）.

作者簡介：程家榮，男，出生于1983年，學(xué)歷：本科，安徽省淮南第二中學(xué)，研究方向：化學(xué)教學(xué)。