平衡原理很重要 多種應(yīng)用常考到

安徽省靈璧縣黃灣中學(xué)(234213)

華 振●

平衡原理很重要 多種應(yīng)用常考到

安徽省靈璧縣黃灣中學(xué)(234213)

華 振●

化學(xué)平衡原理是化學(xué)知識(shí)的基本原理之一，它不僅在解決化學(xué)問(wèn)題中應(yīng)用廣泛，并且在其他學(xué)科領(lǐng)域也有應(yīng)用.下面舉例說(shuō)明，希望同學(xué)們能夠從中得到有益的啟示.

一、在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

例1為了防止鐵制品生銹，可對(duì)其表面進(jìn)行“發(fā)藍(lán)”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(fā)生的反應(yīng)可表示如下：

某研究小組發(fā)現(xiàn)，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(qǐng)用化學(xué)平衡原理解釋發(fā)生這種現(xiàn)象的原因.

解析 許多同學(xué)看到本題會(huì)感到無(wú)從下手，究其原因是不能從整體都的角度分析題給三個(gè)化學(xué)方程式之間的相互聯(lián)系.反應(yīng)①、③是可逆反應(yīng)，反應(yīng)②是不可逆反應(yīng)，當(dāng)NaOH含量較少時(shí)，使反應(yīng)①生成的Na2FeO2及反應(yīng)②生成的Na2Fe2O4質(zhì)量都少，致使反應(yīng)③生成的Fe3O4的質(zhì)量也少，氧化膜的厚度就薄.當(dāng)NaOH含量太多時(shí)，盡管反應(yīng)①、②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的質(zhì)量增加，但太多的NaOH又會(huì)使反應(yīng)③的化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)果生成的Fe3O4的質(zhì)量變少，氧化膜的厚度變薄.

由此可見(jiàn)，鐵制品進(jìn)行“發(fā)藍(lán)”處理時(shí)，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一.

例2 (2016全國(guó)卷Ⅲ)丙烯腈(CH2CHCN)是一種重要的化工原料，工業(yè)上可用“丙烯氨氧化法”生產(chǎn)，主要副產(chǎn)物有丙烯醛(CH2CHCHO)和乙腈(CH3CN)等.回答下列問(wèn)題：(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(chǎn)物丙烯醛(C3H4O)的熱化學(xué)方程式如下：

C3H3N(g)+3H2O (g) ΔH=-515 kJ·mol-1①

C3H4O (g)+H2O (g) ΔH=-353 kJ·mol-1②

兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)均很大，其原因是____；有利于提高丙烯腈平衡產(chǎn)率的反應(yīng)條件是____；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是____.

(2) 圖1為丙烯腈產(chǎn)率與反應(yīng)溫度的關(guān)系曲線，最高產(chǎn)率對(duì)應(yīng)的溫度為460 ℃.低于460 ℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率____(填“是”或“不是”)對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率，判斷理由是____；高于460 ℃時(shí)，丙烯腈產(chǎn)率降低的可能原因是____(雙選，填標(biāo)號(hào)).

A. 催化劑活性降低 B. 平衡常數(shù)變大

C. 副反應(yīng)增多 D. 反應(yīng)活化能增大

(3) 丙烯腈和丙烯醛的產(chǎn)率與n(氨)/n(丙烯)的關(guān)系如圖2所示.由圖可知，最佳n(氨)/n(丙烯)約為_(kāi)___，理由是____.進(jìn)料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為_(kāi)___.

解析 (1) 由于反應(yīng)①、②均為放出熱量較多的反應(yīng)，產(chǎn)物的能量較低，故兩個(gè)反應(yīng)在熱力學(xué)上趨勢(shì)很大；由于反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，且該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，故降低溫度和減小壓強(qiáng)均有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，從而提高丙烯腈的平衡產(chǎn)率；提高丙烯腈反應(yīng)選擇性的關(guān)鍵因素是使用合適的催化劑.即應(yīng)順填：兩個(gè)反應(yīng)均為放熱量大的反應(yīng)；降低溫度、減小壓強(qiáng)；催化劑.

(2) 反應(yīng)①為放熱反應(yīng)，升高溫度，丙烯腈的平衡產(chǎn)率應(yīng)降低，故低于460℃時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率不是對(duì)應(yīng)溫度下的平衡產(chǎn)率；高于460℃時(shí)，催化劑的活性降低、副反應(yīng)增多均可導(dǎo)致丙烯腈的產(chǎn)率降低，則選項(xiàng)A、C正確；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)減小，則選項(xiàng)B錯(cuò)誤；升高溫度可以提高活化分子的百分?jǐn)?shù)，但不能改變反應(yīng)所需的活化能，則選項(xiàng)D錯(cuò)誤.即應(yīng)順填：不是；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡產(chǎn)率應(yīng)隨溫度升高而降低；A、C.

(3) 從圖2中可以看出，當(dāng)n(氨)/n(丙烯)≈1時(shí)，丙烯腈的產(chǎn)率最高，此時(shí)幾乎沒(méi)有丙烯醛；只發(fā)生反應(yīng)①時(shí)，NH3、O2、C3H6的物質(zhì)的量之比為1∶1.5∶1，結(jié)合空氣中O2的體積分?jǐn)?shù)約為20%，可確定進(jìn)料氣NH3、空氣、C3H6的理論體積之比約為1∶7.5∶1.即應(yīng)順填：1；該比例下丙烯腈產(chǎn)率高，而副產(chǎn)物丙烯醛產(chǎn)率最低；1∶7.5∶1.

二、在農(nóng)業(yè)科技中的應(yīng)用

例3 某實(shí)驗(yàn)小組研究CO2濃度對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，做了如下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)：

(1)取兩株形態(tài)、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(nèi).

(2)在甲、乙兩容器內(nèi)分別充入CO2，并使乙容器內(nèi)CO2的濃度為甲容器內(nèi)的3倍.

(3)給甲、乙容器充足光照，4 h后，測(cè)得甲容器內(nèi)CO2的含量減少144 mg，乙容器內(nèi)CO2的含量減少162 mg.

問(wèn)：(1)乙容器內(nèi)CO2的量比甲容器內(nèi)CO2的量減少得多的原因是什么？

(2)從該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果中，你能得到什么有益的啟示(舉一例有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的問(wèn)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(guò)程可視為可逆反應(yīng)：

根據(jù)化學(xué)平衡原理，不難判斷，增大CO2的濃度，可使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，因而增加了CO2的消耗量，這一理論分析與實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相吻合的.

(2)由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，增大CO2的濃度，可促進(jìn)光合作用的進(jìn)行，提高葡萄糖的產(chǎn)量(即提高農(nóng)作物的產(chǎn)量).若將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)效果.

三、在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

例4 人類目前對(duì)煤、石油的過(guò)度消耗，使空氣中的CO2濃度增大，導(dǎo)致地球表面溫度升高，形成了溫室效應(yīng).科學(xué)家對(duì)CO2的增多帶來(lái)的負(fù)面影響較為擔(dān)憂，于是提出將CO2通過(guò)管道輸送到海底的方法，這可減緩空氣中CO2濃度的增加，請(qǐng)你根據(jù)CO2的性質(zhì)和化學(xué)平衡原理回答：

(1)這樣長(zhǎng)期下去，將給海洋造成什么樣的影響？

(2)你認(rèn)為消除CO2的負(fù)面影響的最好方法是什么？

四、在人體科學(xué)中的應(yīng)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(nèi).請(qǐng)用化學(xué)平衡原理加以解釋.

五、在醫(yī)學(xué)為生中的應(yīng)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(yīng)應(yīng)為放熱反應(yīng) D. 該正反應(yīng)應(yīng)為吸熱反應(yīng)

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