高一求助,期末考試臨近,化學要求學習化學平衡狀態的建立和判斷(要求同化學反應原理)

時間 2021-08-11 18:16:25

1樓:匿名使用者

化學平衡狀態的判斷是化學平衡中的一個難點,從其概念可知,判斷一個可逆反應在一定條件下是否達到平衡狀態主要根據兩點:一是根據化學平衡狀態的本質特徵——正反應速率與逆反應速率相等(υ正=υ逆);二是根據化學平衡狀態的巨集觀表現——各組分的濃度保持不變。

不僅可逆反應的有幾種型別(不等體積的反應、等體積的反應、有固體參加的等體積的反應),針對反應混合物中各組分又有很多表徵的物理量,這樣一來,顯得這部分內容比較雜亂,如何疏理便於掌握,筆者對其深入剖析,針對第二點總結出了一種方法——分層判斷法。

一、正反應速率與逆反應速率相等

澄清兩個問題:

1.υ正和υ逆的含義:正反應是從反應物向生成物方向進行的反應,也可以說是反應物的量在減少或生成物的量在增加的反應。可以看出υ正可以指反應物的量減少的速率,也可以指生成物的量增加速率。

同理逆反應是從生成物向反應物方向進行的反應,也可以說是反應物的量在增加或生成物的量在減少的反應,可以看出υ逆可以指反應物的量增加的速率,也可以指生成物的量減少的速率。這說明每種物質都有υ正和υ逆兩種速率。

2.υ正=υ逆的含義:其含義是針對反應體系中同一反應物(或生成物)而言的,而不是同一反應中的不同物質。若用同一反應中不同物質來表示正反應速率和逆反應速率,必須要求兩速率反向(切忌單向速率)且兩速率之比等於其對應的化學計量數之比。

在試題中可有以下幾種具體形式出現:

以aa(g)+bb(g) cc (g)+dd(g)反應為例:

(1)同一物質的正反應速率等於逆反應速率,如υ(a)(消耗)=υ(a)(生成)或υ(d)(消耗)=υ(d)(生成)。

(2)某反應物的正反應速率與另一反應物的逆反應速率之比等於化學計量數之比,如υ(a) (消耗):υ(b)(生成) =a:b,或υ(c)(消耗):

υ(d) (生成) =c:d。

(3)某反應物的正反應速率與某生成物的逆反應速率之比等於化學計量數之比,如υ(a) (消耗):υ(c)(消耗) =a:c,或υ(b)(生成):υ(d)(生成) =b:d。

(4)對同一物質而言,斷裂化學鍵的物質的量與形成化學鍵的物質的量相等。

下面舉一個具體的可逆反應進行分析從υ正=υ逆這一點上如何判斷該反應是否達到平衡了。

以n2+3h22nh3為例

υ正(n2):υ正(h2):υ正(nh3)= 1:

3:2,這個關係是永遠成立的,不能從各物質正反應速率的關係上去判斷反應是否達到平衡了。同理υ逆(n2):

υ逆(h2):υ逆(nh3)= 1:3:

2,這個關係是永遠成立的,不能從各物質逆反應速率的關係上去判斷反應是否達到平衡了。

因此題目中若給出了當3υ正(n2)=υ正(h2)時、當3υ逆(n2)=υ逆(h2)時等,反應達到平衡的說法均是錯誤的。那若給出了當3υ正(n2)=υ逆(h2)時、當3υ逆(n2)=υ正(h2)時,反應達到平衡的說法均是正確的,因為3υ正(n2)=υ正(h2)、3υ逆(n2)=υ逆(h2)是永遠成立的,所以當有3υ正(n2)=υ逆(h2)、3υ逆(n2)=υ正(h2)時,可以通過等量代換,得到υ正(n2)=υ逆(n2)或υ正(h2)=υ逆(h2),因此得到的是同一種物質的正、逆速率相等了,反應肯定是達到平衡的。

其他的關係,諸如當2υ正(n2)=υ逆(h2)時、當2υ逆(n2)=υ逆(h2)時反應是否達到平衡了呢,通過推導得到υ正(n2)>υ逆(n2)、υ逆(n2)>υ正(n2),前者是還在向正反應方向進行,後者是在向逆反應方向進行。

還有的表示方式中,儘管沒有表明速率,但其實也是從速率角度去說的,最後也是歸到上述所說的情況。比如,當有1moln2反應掉的同時有3molh2反應掉了,說反應達到平衡了,這種情況實際是3υ正(n2)=υ逆(h2)表示方式的另一種表達形式,當然是不正確的。那要是說,當有1moln2反應掉的同時有3molh2生成了的話,無疑就是正確的了。

再如,當有1moln≡n鍵斷裂的同時有3molh-h鍵斷裂,說的都是正反應速率,當然是不正確的。那要是說當有1moln≡n鍵斷裂的同時有3molh-h鍵生成了,就是正確的了。

二、各組分的百分含量保持不變

澄清兩個問題:

1.各組分的百分含量保持不變,不意味著各組分的百分含量相等。

2.各組分的百分含量的內含包括

(1)第一層次:對於一種物質的有關量的表達有:物質的量(n)、物質的粒子個數(n)、物質的質量(m)等物理量。

若是有當各組分每一種物質的物質的量(n)、物質的粒子個數(n)、物質的質量(m)不隨時間的改變而改變時,反應達到平衡的說法均是正確的,因為這些是最單

一、最根本上的表達。每種物質的物質的量就不變了,平衡還在向哪個方向移動呢,顯然是不可能的。

(2)第二層次:對於一種物質與整體關係的有關量的表達有:物質的量分數(x)、質量分數(w)、體積分數(φ)、物質的量濃度(c)等物理量。

若是有當各組分每一種物質的物質的量分數(x)、質量分數(w)、體積分數(φ)、物質的量濃度(c)不隨時間的改變而改變時,反應達到平衡的說法均是正確的。

對於物質的量分數來說,若針對的是一個等物質的量的反應,由於總的物質的量始終不變,若某種物質的物質的量分數不隨時間的改變而改變,那也可以得到其物質的量也是不隨時間的改變而改變,反應當然就達到平衡了。若針對的是一個不等物質的量的反應,由於在未達到平衡之前總的物質的量始終在變,若某種物質的物質的量分數不隨時間的改變而改變,也不會出現某種物質的物質的量增加幾倍,總的物質的量也增加幾倍,某種物質的物質的量減小几倍,總的物質的量也減小几倍情況的。只可能是某種物質的物質的量反應到一定程度時不隨時間的改變而改變,總的物質的量也不隨時間的改變而改變了,二者比值也不隨時間的改變而改變了,所以反應當然就達到平衡了。

體積分數也是如此。

對物質的量濃度來說,若針對的是一個固定容器,由於總體積始終不變,若某種物質的物質的量濃度不隨時間的改變而改變,那也可以得到其物質的量也是不隨時間的改變而改變,反應當然就達到平衡了。若針對的是一個體積可變的容器,由於在未達到平衡之前總的體積始終在變,若某種物質的物質的量濃度不隨時間的改變而改變,也不會出現某種物質的物質的量增加幾倍,總的體積也增加幾倍,某種物質的物質的量減小几倍,總的體積也減小几倍情況的。只可能是某種物質的物質的量反應到一定程度時不隨時間的改變而改變,總的體積也不隨時間的改變而改變了,二者比值也不隨時間的改變而改變了,所以反應當然就達到平衡了。

對於質量分數很好理解了,就是在一個密閉的容器中,總質量不可能改變,因此質量分數不隨時間的改變而改變,也就意味著某種物質的質量不隨時間的改變而改變了,所以反應當然就達到平衡了。

(3)第三層次:對於整體的有關量的表達有:總物質的量(n總)、總分子個數(n總)、物質的總質量(m總)、體系內的總壓強(p總)、體系的總體積(v總)、氣體平均密度()、氣體平均相對分子質量(或氣體平均摩爾質量)()、顏色、溫度(絕熱條件下)等物理量。

要準確地判斷有關這些物理量不隨時間的改變而改變是否達到平衡,也是高三學生不易把握的,但是這部分內容必須要解決掉,平衡狀態的判斷作為高考命題的話,按其難度和綜合程度的要求,勢必要涉及這些第三個層次的有關物理量的說法的。

下面列出三種型別的代表性的可逆反應:

第一種型別是不等體積的反應:n2+3h22nh3

第二種型別是等體積的反應:h2+i22hi

第三種型別是有固體參與反應的等體積的反應:a(s)+2b(g) c(g)+d(g)

就著以上三種型別的可逆反應,來分別分析第三個層次的有關物理量的說法,若出現不隨時間的改變而改變情況是否說明可逆反應已達平衡。

① 物質的量和總分子個數

對於第一種型別來講,若總物質的量和總分子個數不隨時間的改變而改變情況,可逆反應已達平衡的說法是正確的,因為只要沒有達到平衡,其總物質的量和總分子個數肯定是在改變的。對於第二種型別來講,若總物質的量和總分子個數不隨時間的改變而改變情況,可逆反應已達平衡的說法是不正確的。因為反應前後化學計量數和是相等的,就意味著無論是否達到平衡,其總物質的量和總分子個數一直是不變的。

對於第三種型別來講,若總物質的量和總分子個數不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡的說法是正確的,因為說總體時是包括固體物質的。但若是強調是氣體時,由於反應前後氣體化學計量數和是相等的,就意味著無論是否達到平衡,其氣體的總物質的量和氣體的總分子個數一直是不變的。因此,說氣體的總物質的量和氣體的總分子個數,不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡的說法是不正確的,做題時要仔細看是哪種說法。

但在不明確是在哪種型別的可逆反應的前提下,籠統地說總物質的量和總分子個數不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡也是不正確的。

②物質的總質量

在不明確是在哪種型別的可逆反應的前提下,籠統地說物質的總質量不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡也是不正確的。因為在密閉的容器中,總質量是不可能改變的。但是對於第三種型別是有固體參與反應,在命題可能會說氣體的總質量不隨時間的改變而改變可逆反應已達平衡,這種說法是正確的。

因為,在沒有達到平衡時,固體的質量也會在改變的,若說氣體的總質量不變了,也就意味著固體的質量也不變了,當然反應就達到平衡了。

③體系內的總壓強

要把握好這一點,還得看可逆反應所處的環境,是在可變容器中,還是在固定容器中。

若是在可變容器中,體系內的總壓強始終和外界大氣壓一樣,就是說達沒達到平衡,體系內的總壓強也是不隨時間的改變而改變的。因此,要說體系內的總壓強也是不隨時間的改變而改變時可逆反應已達平衡是不正確的。

若是在固定容器中,針對第二種型別和第三種型別可逆反應,由於對氣體來講都是等體積的反應,體系內的總壓強始終是不變的,就是說達沒達到平衡,體系內的總壓強也是不隨時間的改變而改變的。因此,要說體系內的總壓強也是不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是不正確的。但對於第一種型別可逆反應,由於是不等體積的可逆反應,在未沒達到平衡之前,容器中氣體的總的物質的量始終在改變,其中的壓強也會隨改變的,因此,第一種型別可逆反應型別,處在固定容器中時,說體系內的總壓強也是不隨時間的改變而改變時可逆反應已達平衡是正確的。

④體系的總體積基本和體系內的總壓強是一樣的情況,在此不在贅述。

⑤氣體平均密度

要把握好這一點,也得看可逆反應所處的環境,是在可變容器中,還是在固定容器中。因為密度是質量與體積之比。

若是在固定容器中,針對第一種型別和第二種型別可逆反應,氣體平均密度始終是不變的,因為氣體總質量不變,體系的體積也不變,二者的比值不可能變。因此這種情況說氣體平均密度不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是不正確的。但針對第三種型別可逆反應,要說總的平均密度也是始終不變。

但要是強調氣體的密度,其在沒有達到平衡之前,容器中氣體平均密度始終在改變,因此這種情況說氣體平均密度不隨時間的改變而改變時可逆反應已達平衡是正確的。

若是在可變容器中,針對第二種型別可逆反應,氣體平均密度始終是不變的,因為氣體總質量不變,由於是等體積反應,體系的體積也不變,二者的比值不可能變。因此這種情況說氣體平均密度不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是不正確的。但針對第三種型別可逆反應,要說總的平均密度也是始終不變。

但要是強調氣體的密度,其在沒有達到平衡之前,容器中氣體平均密度始終在改變,因為即使是由於是等體積反應,體系的體積也不變,但有固體參與,在沒有達到平衡之前,容器中氣體質量始終在改變。因此,容器中氣體平均密度始終在改變,這種情況說氣體平均密度不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是正確的。針對第一種型別可逆反應,因為氣體總質量不變,由於是不等體積反應,體系的體積是在變的,二者的比值也是在變。

因此這種情況說氣體平均密度不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是正確的。

⑥氣體平均相對分子質量(或氣體平均摩爾質量)

氣體平均相對分子質量(或氣體平均摩爾質量)是用氣體的總質量與氣體總的物質的量之比來求得的。

對於第一種型別來講,由於氣體的總質量在未達到平衡之前始終是不變的,氣體總的物質的量始終是變,因此說氣體平均相對分子質量(或氣體平均摩爾質量)不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是正確的。

對於第二種型別來講,由於氣體的總質量與氣體總的物質的量始終都不變,因此說氣體平均相對分子質量(或氣體平均摩爾質量)不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是不正確的。

對於第三種型別來講,由於氣體的總質量在未達到平衡之前始終要改變的,氣體總的物質的量始終不變,因此說氣體平均相對分子質量(或氣體平均摩爾質量)不隨時間的改變而改變時可逆反應已達平衡是正確的。

⑦顏色這種情況只是對於有顏色的物質才會有的情況,雖說是整體表現,其實也是一種物質的濃度上的表現。因此,說體系的顏色不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是正確的。

⑧溫度(絕熱條件下)

絕熱條件下是指容器不導熱,外界熱量進不去,內部熱量出不出來的情況。因為可逆反應正、逆反應的熱效應是不同的。所以,在絕熱條件下,體系內部的溫度在未達到平衡之前始終要改變的。

因此,絕熱條件下,體系內部的溫度不隨時間的改變而改變時,可逆反應已達平衡是正確的。

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