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刊名: 基础教育课程
主办: 教育部基础教育课程教材发展中心
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1672-6715
CN: 11-5187/G
邮发代号: 80-447
投稿邮箱:jcjykczz@163.com

历史沿革:
现用刊名:基础教育课程
曾用刊名:中小学图书情报世界
创刊时间:1993

化学教学中等效平衡解题策略浅析

【作者】 郭兴龙

【机构】 甘肃省武威市第七中学

【摘要】
【关键词】
【正文】  摘 要:等效平衡是高中化学当中的一个难点,也是高考的一个考点。由于所涵盖的知识非常的丰富,并且考试和考察方式十分的灵活,这就对高中学生解决等效平衡问题方面的思维能力提出了更高的要求,本文以此为出发点进行等效平衡解题方法的探讨,寻找解题捷径。
  关键词:化学平衡;等效平衡;解题方法
  化学平衡是化学教学的重点和难点,知识抽象,理论性强,学生学习起来比较困难,尤其是平衡移动的方向及反应物的转化率的判断,更加复杂。等效平衡思想应用于解决化学平衡问题,能明确解题方向和思路,能使复杂的问题简单化,提高学习效果。
  高中化学中的等效平衡问题所涵盖的知识非常的丰富,并且关于等效平衡方面的考试和考察方式十分的灵活。这就对高中学生解决等效平衡问题方面的思维能力提出了更高的要求,而且一直以来等效平衡的知识都是高中化学当中的难点。针对这一问题也有研究表明学生存在以下问题:(1)化学知识的实际应用和学习的意义认识不足;(2)学生的学习能力欠缺;(3)学生的计算能力欠缺。教师同样存在以下问题:(1)如何引导学生建立平衡思想;(2)如何处理"高考"和"课改"的关系;(3)教师对知识的掌握不扎实和解题能力的欠缺。对近些年以来的高考题型分析可知,不管是地方考卷还是全国考卷,化学方面的考核对等效平衡方面的知识都有所加重,这方面的题型衍变更是给高中学生的化学学习增加了一定的难度,使得许多高中生都对等效平衡知识产生了不同程度的畏惧心理,由于信心不足以及知识不扎实而导致化学考试丢分现象极为严重。对于高中化学等效平衡知识的学习,化学教师应当在日常的化学教学过程当中重视解题思路的引导以及教学方法的改进,为学生找出解决等效平衡问题的有效方法和基本思路。
  一、等效平衡的类型
  等效平衡的内涵是,在一定条件下(等温等容或等温等压),只要起始加入情况不同的同一可逆反应达到平衡后,任何相同组分的质量分数(或体积分数)都相同,这样的平衡互为等效平衡。
  等效平衡的外延是它的分类,即不同类型的等效平衡以及其前提条件,这在具体的解题过程中有更广泛的应用。等效平衡可分为三种类型:
  (1)等温等容下,建立等效平衡的条件是:反应物的投料相当。
  (2)等温等压下,建立等效平衡的条件是:反应物的投料比相等。
  (3)对于反应前后气体体积数不变的可逆反应,无论是等温等容还是等温等压,只要按相同比例加入反应物和生成物,达平衡后与原平衡等效。
  二、等效平衡的解题方法
  等效平衡一般采用极端假设法,也就是"一边倒"的常规解法,在这儿就不再叙述。本文主要介绍等效平衡创新解法,可以根据题目给定的条件进行解题,并对有些本身不等效的平衡题可通过建立等效平衡作为"中间体"来解题。
  方法1利用化学平衡常数加以解决
  例1 一定温度下,向一容积固定的密闭容器中充人3.0 mol H2和1.0mol N2,反应到达平衡时测得NH3的物质的量为0.6 mol.若开始时向该容器中充入6.0 mol H2和2.0mol N2,则平衡时NH3的物质的量为( )。
  A等于1.2 mol;  B大于1.2 mol;
  C小于1.2 mol; D 不能确定
  解:由题目可以知道: 
  起始时 1 mol  3 mol  0 mol
  平衡时 2.1 mol  0.6 mol
  由n<NH3)=0.6 mol可以求出平衡时N2、H2的物质的量。
 


  假设容器的容积为VL,所以此温度下的平衡常数   
  而当起始时容器中n(N2)=2.0mol, n(H2)=6.0 mol时:反应一段时间当n<NH3)=1.2 mol时,可以计算出此时的浓度熵(Q),然后比较浓度熵与平衡常数的大小,若
  ①QC =K,说明n(NH3)=1.2 mol时已是平衡状态,故n(NH3)=1.2 mol;
  ②QC >K,说明n(NH3)=1.2 mol时没有达到平衡状态且平衡向逆反应方向移动,故n(NH3)<1.2 mol;
  ③QC > K,说明n(NH3)=1.2 mol时没有达到平衡状态且平衡向正反应方向移动,故n(NH3)>1.2 mol.
计算如下:
                           
            







  说明QC < K,所以n(N2)=1.4 mol、n<(H2)=4.2mol、n(NH3) =1.2 mol的状态并不是平衡状态且平衡还要向正反应方向移动,所以n(NH3)>1.2 mol, 因此选B。
  方法2利用等效平衡作为"中间体",解决不等效平衡
  有些题目本身给定的条件不等效,但可以通过建立等效平衡作为"中间体"来帮助解题,这里主要介绍等比恒压变体法和不等比恒压加加(或减减)法。
  (1)等比恒压变体法
  "等比恒压变体法"适用于恒温恒容下的不等体积反应,且"一边倒"后起始原料成比例的不等效平衡,这时应该先用在恒压下改变体积的方法(体积扩大或缩小的倍数与"一边倒"后起始原料扩大或减小的倍数相同)使2个平衡等效,然后通过改变压强恢复到原体积时,再判断平衡如何移动即可进行比较。
  例2 2 mol PCl3和1 mol Cl2充人恒容的密闭容器中,在一定条件下发生反应:PCl3 (g) + Cl2 (g)  PCl5 (g)达到平衡时,PCl5为0.40 mol,若此时移走1.0 mol PC13和0.50 mol Cl2,在相同的温度下再达平衡时,PCl5的物质的量是( )。
  A 0.40 mol;    B   0.20 mol;
  C 小于0.20 mol; D   大于0.20 mol、小于0.40 mol
  此题是恒温恒容下的不等体积反应,且起始条件"一边倒"化成PC13和Cl2后比例都是2:1,则两平衡不等效.此时可以假设条件是恒温恒压且容积可变,移走1.0 mol PC13和0.50 mol Cl2后,容器体积变为原体积的1/2,两平衡等效,由于各反应物的量减半,所以PCl5的物质的量变为0.2 mol,再把容器的体积变为原来的体积,即压强减小,平衡向逆反应方向移动,导致PCl5的物质的量小于0.2 mol.。
  (2)不等比恒压加加(或减减)法
  "不等比恒压加加(或减减)法"适用于恒温恒压下起始原料不成比例的不等效平衡,"加加法"先按原平衡的比例加人(通常是其中一种物质加人的量不够)使其与原平衡达到等效,然后再把不够的量加进去即可比较;"减减法"先按原平衡的比例减去(通常是其中一种物质减去的量不够)使其与原平衡达到等效,然后再把减得不够的量减出去即可比较。
  例3 某温度下,在一容积可变的密闭容器中,反应2 A(g)+B(g) 2 C(g)达到A、B和C的物质的量分别为4 mol、2 mol和4 mol。保持温度和压强不变时,对平衡后混合物中三者的物质的量做如下调整,可以使平衡向右移动的是( )。
  A均减半;   B均加倍;
  C均增加1 mol;   D均减少1 mol
  选项A、B中三者在恒温恒压下的比例仍然为2:1:2,与题中比例一致,与原平衡等效,平衡不移动.选项C可设想为分2步加人,第1次加人1 mol A、 0.5 mol B、1 mol C,平衡不移动,第2次再加人0. 5 mol B(此法与一次性同时各加人1 mol等效),增加了反应物的浓度,平衡向右移动。选项D可设想为分2步减去,第1次减去1 mol A、 0.5 molB、 l mol C,此时平衡不移动,第2次再减去0.5 molB(此法与一次性同时各减去1 mol等效),减小了反应物的浓度,平衡向左移动。( 答案为C )
  然而,通过笔者多年的高中教学实践证明,我们按照常规方法做很麻烦,一不注意就会出错,如果按照下面的方法做就可以避免类似的情况发生。拿到一个等效平衡的题目,我们先不看外界条件是什么,无非就两种情况。一种是"一边倒,后等量",那么我们就把两种投料方式下的容器体积变得相等,此时它们是完全等效的,再看实际条件,如果恒温恒容,那么它们就完全等效了;如果是恒温恒压,它们也完全等效。还有一种就是"一边倒,后成比例",遇到这种情况,我们可以这样处理,物质的量是几倍关系,就把容器的体积变为它的几倍,此时它们完全等效,再看实际条件。如果是恒温恒容,那就把容器的体积压缩,此时相当于加压,看此可逆反应是否受压强的影响,如果不受压强的影响(前后气体分子数相等的可逆反应),那么它们就是等效平衡,如果受压强的影响〔前后气体分子数不等的可逆反应),那它们就不是等效平衡;如果是恒温恒压,那么它们就是等效平衡。
  面对等效平衡问题的教学重点和教学难点,化学教师应对问题产生的根源进行全面且深人的探索和分析,充分的加强学生的直观认识,不断的增强学生对化学知识的总结以及应用,并积极的消除学生畏惧和烦躁的不良情绪,才能够从根本上突破等效平衡知识学习的难关。总的说来,在理解等效平衡原理的基础上,在实际解题中也可依据其口诀"等压比相等;等容量相等,但若系(气体系数)不变,可为比相等"简化分析过程,提高解题速度。
  参考文献:
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