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常考专题讲座(七)化学平衡问题中常用的学科思想第七章化学反应速率与化学平衡在化学平衡问题中，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(等效思想法)。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。极端假设法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，常把混合物看做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)充入同一反应容中，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%B[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。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/LB解析：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的说法是正确的。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。(双选)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的浓度变为原平衡时的1.9倍，则下列说法正确的是()A．m＋npB．m＋npC．平衡向逆反应移动D．C的质量分数增加BC[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。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．abC．a＝bD．无法比较B解析：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(或状态2)的2倍。显然由状态3变到状态2只须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%。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，以此推出在其它方面也有等效法，从而将思维从陌生转换到熟悉，这样处理不仅思路清晰，还有助于培养学生以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(均填“”、“”或“＝”)：(1)当n3时，x%________y%；(2)当n＝3时，x%________y%；(3)当n3时，x%________y%。正＝[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%。3．在一固定容积的密闭容器中，保持温度一定，在一定条件下进行以下反应：A(g)＋2B(g)3C(g)。加入1molA和3molB，达到平衡后，生成了amolC。(1)上述反应达到平衡时C在反应混合气体中的体积分数是________(用字母a表示)。a4(2)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和6molB，达到平衡后，C的物质的量为________mol(用字母a表示)。此时C在反应混合气体中的体积分数____________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)在相同实验条件下，若在同一容器中改为加入2molA和8molB，若要在平衡后C在反应混合气体中的体积分数不变，则还应加入C________mol。2a不变6解析：(1)因为反应前后气体体积不变，即反应后混合气体物质的量总和仍为4mol，所以C在反应混合气体中的体积分数(物质的量分数)是a4；(2)成倍投料时与(1)中平衡等效，即C在反应混合气体中的体积分数不变，但C的物质的量加倍，为2amol；(3)设加入C的物质的量为xmol，则根据化学方程式按比例全部转变为反应物，相当于投入(2＋x3)molA和(8＋2x3)molB，则(2＋x3):(8＋2x3)＝1∶3，解得x＝6。