甘肃省定西市漳县第一中学(748300)
殷永良●
例谈极端假设法在化学平衡取值范围题中的应用
甘肃省定西市漳县第一中学(748300)
殷永良●
化学平衡状态是指可逆反应在一定条件下进行的最大程度,由于可逆反应不能进行到底,所以从反应开始到建立化学平衡状态时,各反应物和生成物总是同时存在的,且无论外界条件的改变引起化学平衡怎样移动,各反应物和生成物中的任何一种的物质的量都大于零.因此,涉及求化学平衡取值范围的有关问题时,用极端假设法显得既必要又简便,下面笔者将通过典型例题分析,探究解答此类题型的基本方法——极端假设法.
例 在一个容积固定的反应容器中,有一可左右滑动的的密封隔板,两侧分别进行如下图所示的可逆反应,各物质起始加入量如下:M为2.5mol,N为3mol,P为0mol;A、C、D各为0.5 mol,B为Xmol.当X在一定范围内变化时,均可以通过调节反应器的温度,使两侧反应都达到平衡,并且隔板恰好处于反应器的正中位置.
2M(g)+3N(s) 2P(g)A(g)+4B(g) 2C(g)+D(g)
若达平衡后,测得M的转化率为25%,请填写下列空白:
(1)达到平衡后,反应器左室气体的物质的量为____.
(2)若欲使右室反应V(正)>V(逆),X的取值范围是____.
(3)若欲使右室反应V(逆)>V(正),X的取值范围是____.
解析 此题实质是一个等压不等温的过程,其左室可以看做是一个参照条件.
(2)要使右室中V(正)>V(逆),即在起始时反应应保持向正反应方向进行,其极限值有两点:一是右室气体B完全消耗,二是右室气体B完全没有消耗(或D完全消耗).若假设B完全消耗,则有:0.5 mol-X/4 mol+X/2 mol+0.5 mol+0.5 mol+X/4 mol=2.5 mol,解得X=2 mol,即X=2 mol为最大值;若假设B完全没有消耗,则有:0.5 mol +Xmol+0.5 mol+0.5 mol=2.5 mol,解得X=1 mol,即X=1 mol为最小值.所以X的取值范围为1 (3) 若欲使右室中V(逆)>V(正),即在起始时反应应保持向逆反应方向进行.同理,假设C完全消耗,则有0.5 mol+1/2×0.5 mol+Xmol+2×0.5 mol+1/2×0.5 mol=2.5 mol,解得X=0.5 mol,即X=0.5 mol为最小值;假设C完全没有消耗,则有:0.5 mol +Xmol+0.5 mol+0.5 mol=2.5 mol,解得X=0.5 mol,即X=0.5 mol为最大值.所以X的取值范围为0.5 答案:(1)2.5 mol;(2)1 小结 从此题的解答过程可以看出,用极端假设法解答化学平衡取值范围题的一般方法和步骤是: 1.分析参照条件的特征; 2.判定所研究反应的进行方向; 3.确定基准物质:若研究的反应要维持向正反应方向进行,则以化学计量数最大(即最易不足量)的反应物为基准物质进行计算,如该题第(2)问中应以B为基准物质;若要维持反应向逆反应方向进行,则以化学计量数最大(即最易不足量)的产物为基准物质进行计算,如该题第(3)问中应以C为基准物质. 4.假设两个极限值,即假设基准物质完全消耗和完全没有消耗两个极限点,列出两个解式,求出最小和最大两个极限值,由此确定所求量的取值范围. 跟踪练习: 例 在一个容积不变的密闭容器中,有一左右可滑动的隔板,在密封容器隔板两侧分别进行如图所示的反应: A(g)+B(g) 2C(g)D(g)+2E(g) 2F(g) 各物质的起始量如下:A、B、C均为4. 0 mol,D为2.0 mol,E为3.0 mol.设F的物质的量为X,当X在一定范围内变化时,均可以通过调节容器的温度使两例反应达到平衡,并且隔板恰好处在正中位置,请填写下列空白: (1)X=6.0,则右侧反应在起始反应时向____(填“正反应”或“逆反应”)方向进行. (2)欲使起始反应维持向逆方向进行,则X的取值范围____. (2)欲mol使起始反应维持向逆方向进行,假设F完全消耗,则有: 2.0 mol+1/2×Xmol+3.0 mol+Xmol=12 mol,解得X=14/3,即X=14/3为最小值;假设F完全没有消耗,则有:2.0 mol +3.0+Xmol=12 mol,解得X=7.0,即X=7.0为最大值.所以X的取值范围为14/3 答案:(1)逆反应; (2)14/3 G632 B 1008-0333(2017)07-0082-01