平衡原理很重要 多種應用常考到

安徽 華 振

(作者單位:安徽省靈璧縣黃灣中學)

平衡原理很重要 多種應用常考到

化學平衡原理是高中化學的基本原理之一，它不僅在解決化學問題中應用廣泛，并且在其他學科領域也有應用。下面舉例說明，希望同學們能夠從中得到有益的啟示。

一、在工業生產中的應用

【例1】為了防止鐵制品生銹，可對其表面進行“發藍”處理：把鐵制品浸入熱的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化成一層致密的Fe3O4氧化膜，發生的反應可表示如下：

某研究小組發現，若上述熱的混合溶液中NaOH的含量太少，氧化膜的厚度就太薄；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄。請用化學平衡原理解釋發生這種現象的原因。

【解析】許多同學看到本題會感到無從下手，究其原因是不能從整體的角度分析題給三個方程式之間的相互聯系。

反應①③是可逆反應，反應②是不可逆反應，當NaOH含量較少時，使反應①生成的Na2FeO2及反應②生成的Na2Fe2O4質量都少，致使反應③生成的Fe3O4的質量也少，氧化膜的厚度就薄。當NaOH含量太多時，盡管反應①②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的質量增加，但太多的NaOH又會使反應③的化學平衡向逆反應方向移動，結果生成的Fe3O4的質量變少，氧化膜的厚度變薄。

由此可見，鐵制品進行“發藍”處理時，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一。

(1)以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產物丙烯醛(C3H4O)的熱化學方程式如下：

ΔH=-353 kJ·mol-1

兩個反應在熱力學上趨勢均很大，其原因是__________；

有利于提高丙烯腈平衡產率的反應條件是________；提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是___________。

圖1

(2)圖1為丙烯腈產率與反應溫度的關系曲線，最高產率對應的溫度為460 ℃。低于460 ℃時，丙烯腈的產率________(填“是”或“不是”)對應溫度下的平衡產率，判斷理由是________；高于460 ℃時，丙烯腈產率降低的可能原因是________(雙選，填標號)。

A. 催化劑活性降低________B. 平衡常數變大

C. 副反應增多___________D. 反應活化能增大

(3)丙烯腈和丙烯醛的產率與n(氨)/n(丙烯)的關系如圖2所示。由圖可知，最佳n(氨)/n(丙烯)約為________，理由是________。進料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為________。

圖2

【解析】(1) 由于反應①②均為放出熱量較多的反應，產物的能量較低，故兩個反應在熱力學上趨勢很大；由于反應①為放熱反應，且該反應為氣體分子數增大的反應，故降低溫度和減小壓強均有利于反應正向進行，從而提高丙烯腈的平衡產率；提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是使用合適的催化劑。即應順填：兩個反應均為放熱量大的反應；降低溫度、減小壓強；催化劑。

(2)反應①為放熱反應，升高溫度，丙烯腈的平衡產率應降低，故低于460 ℃時，丙烯腈的產率不是對應溫度下的平衡產率；高于460 ℃時，催化劑的活性降低、副反應增多均可導致丙烯腈的產率降低，則選項A、C正確；該反應為放熱反應，升高溫度，平衡常數減小，則選項B錯誤；升高溫度可以提高活化分子的百分數，但不能改變反應所需的活化能，則選項D錯誤。即應順填：不是；該反應為放熱反應，平衡產率應隨溫度升高而降低；A、C。

(3)從圖2中可以看出，當n(氨)/n(丙烯)≈ 1時，丙烯腈的產率最高，此時幾乎沒有丙烯醛產生；只發生反應①時，NH3、O2、C3H6的物質的量之比為1∶1.5∶1，結合空氣中O2的體積分數約為20%，可確定進料氣NH3、空氣、C3H6的理論體積之比約為1∶7.5∶1。即應順填：1；該比例下丙烯腈產率最高，而副產物丙烯醛產率最低；1∶7.5∶1。

二、在農業科技中的應用

【例3】某實驗小組研究CO2濃度對植物生長的影響，做了如下的對比實驗：

①取兩株形態、大小基本相同的同種綠色植物，分別置于甲、乙兩只相同的密閉玻璃容器內。

②在甲、乙兩容器內分別充入CO2，并使乙容器內CO2的濃度為甲容器內的3倍。

③給甲、乙容器充足光照，4小時后，測得甲容器內CO2的含量減少144 mg，乙容器內CO2的含量減少162 mg。

問：(1)乙容器內CO2的量比甲容器內CO2的量減少得多的原因是什么？

(2)從該實驗的結果中，你能得到什么有益的啟示？(舉一例有關農業生產的問題)

【解析】(1)由于植物在光照下，光合作用和呼吸作用并存，故這一過程可視為可逆反應：

根據化學平衡原理，不難判斷，增大CO2的濃度，可使平衡向正反應方向移動，因而增加了CO2的消耗量，這一理論分析與實驗小組的實驗結果是相吻合的。

(2)由上述實驗結果知，增大CO2的濃度，可促進光合作用的進行，提高葡萄糖的產量(即提高農作物的產量)。若將其應用到農業生產上，例如在塑料大棚中充入一定量的CO2，就有可能使作物取得良好的增產效果。

三、在環境保護中的應用

【例4】人類目前對煤、石油的過度消耗，使空氣中的CO2濃度增大，導致地球表面溫度升高，形成了溫室效應。科學家對CO2的增多帶來的負面影響較為擔憂，于是提出將CO2通過管道輸送到海底的方法，這可減緩空氣中CO2濃度的增加，請你根據CO2的性質和化學平衡原理回答：

(1)這樣長期下去，將給海洋造成什么樣的影響？

(2)你認為消除CO2的負面影響的最好方法是什么？

(2)消除CO2負面影響最好的方法是減少對煤、石油產品的用量，開發無污染的新能源，并大量種植綠色植物。

四、在人體科學中的應用

【例5】為什么健康人攝入少量的酸或堿后，血液的pH仍能保持在7.35 ～ 7.45的正常范圍內？請用化學平衡原理加以解釋。

五、在醫學為生中的應用

( )

A.尿酸鈉溶液呈酸性

B.尿酸鈉晶體難溶于水

C.該正反應應為放熱反應

D.該正反應應為吸熱反應

【解析】該題提供了一些考生陌生的知識，解題時必須認真閱讀，在提煉、分析信息的基礎上，結合已有知識作出結論。

信息②：第一次關節炎發作大都在腳趾或手指的關節處。

(作者單位:安徽省靈璧縣黃灣中學)