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1突破全国卷专题讲座(五)化学平衡问题中常用的学科思想[学生用书P137]在化学平衡问题中，运用某些学科思想能够很好地解决问题，其中比较常用的学科思想有：极值思想、虚拟思想和转化思想(等效思维法)。一、极值思想可逆性是化学平衡的前提，反应达到平衡状态时应是反应物和生成物共存的状态，每种物质的量不为0(可逆反应“不为0”原则)。但在处理化学平衡问题时，特别是在确定某些范围或在范围中选择合适的量时，往往可用极限分析法推断，即假设反应不可逆，则最多生成产物多少，有无反应物剩余。虽然这样的极值点是不可能达到的，却可以帮助我们确定某些数值的范围。该方法常用来判断混合物的组成，平衡混合物中各组分含量的范围等。解题的关键是将问题合理假设成某种“极值状态”，从而进行极端分析。一般来说，对于混合物成分的确定，常把混合物看作某单一组分进行讨论；对于化学平衡来说，常假设可逆反应向某一反应方向进行到底，再进行讨论。将1molCO和1molH2O(g)充入某固定容积的反应器中，在某条件下达到平衡：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，此时有23的CO转化为CO2，在相同条件下，若将1molCO2、1molH2和1molH2O(g)充入同一反应器中，当达到平衡后，混合气体中CO2的体积分数可能为()A．22.2%B．27.5%C．33.3%D．36.8%[解析]CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始时1mol1mol00平衡时13mol13mol23mol23mol反应达到平衡时CO2的体积分数为23mol1mol＋1mol×100%＝33.3%。当加入1molCO2、1molH2和1molH2O(g)时体现的关系为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始时01mol1mol1mol转化后1mol2mol00与前一种情况相比，由于H2O(g)量的增加，达到平衡时CO的反应量应大于23mol，但小于1mol，CO2的生成量应大于23mol，小于1mol，因此平衡时CO2的体积分数应大于23mol3mol×100%＝22.2%，而小于1mol3mol×100%＝33.3%，故正确答案为B。[答案]B二、虚拟思想所谓虚拟思想，就是在分析或解决问题时，根据需要和可能，虚拟出能方便解题的对象，并以此为中介，实现由条件向结论转化的思维方法。即把一种状态与另一种状态平衡时的情况(如转化率、物质的量浓度及含量等)进行比较，可以假设一个中间转化过程，便于比较。一定量的混合气体在密闭容器中发生反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)，达到平衡时，维持温度不变，将气体体积缩小到原来的1/2，当达到新的平衡时，气体C的浓度变2为原平衡时的1.9倍，则下列说法正确的是()①m＋np②m＋np③平衡向逆反应方向移动④C的质量分数增加A．①③B．②③C．③④D．①④[解析]当气体体积缩小到原来的1/2，假设平衡未发生移动(虚拟出一种中间状态)，则C的浓度为原平衡时的2倍，而事实上平衡发生了移动，平衡移动的结果是C的浓度为原平衡时的1.9倍，则可认为由虚拟中间状态向逆反应方向发生了移动。[答案]B三、转化思想(等效思维法)通过变换思维角度，对题目作适当假设、代换或转化，使问题得以简化，以找出解题途径的思维方法。它是数学上等价转化思想在化学解题中的应用。由于化学平衡存在等效法——即某可逆反应在一定条件下达到化学平衡后，采用不同的方法改变外界条件，会导致平衡移动过程中某些方面的等效性，以此推出在其他方面也有等效法，从而将思维从陌生转换到熟悉，这样处理不仅思路清晰，还有助于培养学生由此及彼的联想思维能力。在一恒温恒容的密闭容器中，发生如下反应：2A(g)＋B(g)nC(g)。Ⅰ.若在容器中充入2molA和1molB作为起始物质，达平衡后C的体积分数为x%。Ⅱ.若在Ⅰ达到平衡后，再在容器中充入2molA和1molB，平衡向________反应方向移动，达到新平衡后C的体积分数为y%，则(填“”“”或“＝”)：(1)当n3时，x%________y%；(2)当n＝3时，x%________y%；(3)当n3时，x%________y%。[解析]比较两个化学平衡可知：Ⅱ分两次共加入4molA和2molB，即起始浓度Ⅱ恰好为Ⅰ的2倍，根据勒夏特列原理，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，则达新平衡后C的物质的量增大，但混合气体总物质的量也增大，因而达新平衡后C的体积分数如何改变一时难以确定。思维转换：平衡Ⅱ中A、B起始浓度均为平衡Ⅰ的2倍；若仍以Ⅰ中2molA和1molB作为起始物质，只需将容器体积压缩至原来的一半，A、B浓度同样增大到原来的2倍，从而将浓度的变化转换为压强的变化，根据勒夏特列原理：(1)当n3时，增大压强，平衡向逆反应方向移动，则x%y%。(2)当n＝3时，增大压强，平衡不移动，则x%＝y%。(3)当n3时，增大压强，平衡向正反应方向移动，则x%y%。[答案]Ⅱ.正(1)(2)＝(3)1．在一密闭容器进行的可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，已知某时刻SO2、O2、SO3的浓度分别为0.2mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L，当反应达到平衡时，可能存在的数据是()A．SO2为0.4mol/L，O2为0.2mol/LB．SO2为0.25mol/LC．SO2、SO3均为0.15mol/LD．SO3为0.4mol/L解析：选B。根据可逆反应的特点可知，无论反应向正向移动还是逆向移动，达到平衡时SO2、SO3浓度的取值范围均为0c0.4mol/L。故A、D两项的说法是错误的。而C项中不符合原子守恒关系。因此B项的说法是正确的。2．一容积固定的真空密闭容器中，盛有1molPCl5，加热到200℃时发生反应：PCl5(g)PCl3(g)＋Cl2(g)，反应达到平衡时，PCl5所占体积分数为a%，若在同一温度和同一容器中，最初投入的是2molPCl5，反应平衡时，PCl5所占体积分数为b%，则a和b的关系是()A．abB．ab3C．a＝bD．无法比较解析：选B。题目给出了状态1和状态2，为解决问题虚拟出状态3，状态3容器容积是状态1的2倍。显然由状态3变到状态2只需将容器容积缩小到原容积的1/2即可。该过程是一个加压过程，对于题给反应，加压平衡向逆反应方向移动，PCl5物质的量及其百分含量都增大，故b%a%。3．T℃时，体积相等的甲、乙、丙3个密闭容器中，发生反应：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)，起始时充入各物质的物质的量如下表所示：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)甲amolamol00乙amol2amol00丙amolamol0amol则达到平衡时，CO的物质的量由大到小的顺序是()A．n(甲)n(乙)n(丙)B．n(甲)n(丙)n(乙)C．n(乙)n(丙)n(甲)D．n(乙)n(甲)n(丙)解析：选D。根据题意，以甲容器为参照物，设达到平衡时，甲容器中CO的物质的量为nmol。乙容器相当于在甲容器基础上增加反应物浓度，平衡正向移动，平衡时CO的物质的量大于nmol；丙容器相当于在甲容器基础上增加生成物浓度，平衡逆向移动，平衡时CO的物质的量小于nmol。