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-1-第6课时解决化学平衡问题的两种重要思维方法[课型标签:方法课提能课]方法一极端假设法和过程假设法的应用1.极端假设法(极值思想)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。即假设反应正向或逆向进行到底,求出各物质浓度的最大值和最小值,从而确定它们的浓度范围。2.过程假设法(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(参照物),实现由条件向结论转化的思维方法。其关键是虚拟出可以方便解题的对象,顺利实现由条件向结论的转化。其关键是虚拟出可以方便解题的对象,顺利实现由条件向结论的转化。(1)虚拟“容器”法对于只有一种气体反应物的化学平衡体系,根据压强变化分析浓度变化更为简单。如A(g)B(g)+C(g)或A(g)+B(s)C(g)+D(g),改变A的浓度,平衡移动方向可通过虚拟容器法建立中间状态,然后再从压强变化来判断。(2)虚拟“状态”法判断化学平衡移动的方向时经常用到以退为进的策略:即先假设一个虚拟状态作为参照物,然后再恢复到现实状况,进而得出相应的判断。例如根据平衡移动的结果判断平衡移动的方向时,可先虚拟一个中间状态再进行判断。方法一极端假设法[典例1](2019·湖南长沙一中调研)一定条件下,对于可逆反应X(g)+3Y(g)2Z(g),若X、Y、Z的起始浓度分别为c1、c2、c3(均不为零),达到平衡时,X、Y、Z的浓度分别为0.1mol·L-1、0.3mol·L-1、0.08mol·L-1,则下列判断正确的是()A.c1∶c2=3∶1B.平衡时,Y和Z的生成速率之比为2∶3C.X、Y的转化率不相等-2-D.c1的取值范围为0c10.14mol·L-1解析:平衡浓度之比为1∶3,转化浓度亦为1∶3,故c1∶c2=1∶3,A、C不正确;平衡时Y生成表示逆反应速率,Z生成表示正反应速率且v生成(Y)∶v生成(Z)应为3∶2,B不正确;由可逆反应的特点可知0c10.14mol·L-1,D正确。答案:D[对点精练1]在一定的反应条件下,某一可逆反应:A2(g)+3B2(g)2C(g)达到了化学平衡状态,测得平衡时c(A2)=0.5mol·L-1,c(B2)=0.1mol·L-1,c(C)=1.6mol·L-1。若A2、B2、C的起始浓度分别为amol·L-1、bmol·L-1、cmol·L-1(a、b、c均不为0),试回答下列问题:(1)a和b应该满足的关系是。(2)a的取值范围是。解析:(1)0.50.1ab=13,则3a-b=1.4。(2)由平衡状态回推到起始状态:假设起始状态时没有C,即c(C)=0,则在完全反应时要生成1.6molC,需A2的物质的量为0.8mol,B2的物质的量为2.4mol,故起始状态时A2的最大量不能超过0.5mol+0.8mol=1.3mol;假设起始状态时没有B,即c(B)=0,则在完全反应时要生成0.1molB,需C的物质的量为0.23mol,与此同时还会生成0.13molA2,故起始状态时A2的最小量不能低于0.5mol-0.13mol=1.43mol。综上所述,a的取值范围是1.43a1.3。答案:(1)3a-b=1.4(2)1.43a1.3方法二过程假设法[典例2](2019·山东临沂五县联考)一定温度下,向容积为2L的恒容密闭容器中充入6molCO2和8molH2,发生反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-49.0kJ·mol-1,测得n(H2)随时间的变化如曲线Ⅰ所示。下列说法正确的是()A.该反应在0～8min内CO2的平均反应速率是0.375mol·L-1·min-1B.保持温度不变,若起始时向上述容器中充入4molCO2、2molH2、2molCH3OH(g)和1molH2O(g),则此时反应向正反应方向进行-3-C.保持温度不变,若起始时向上述容器中充入3molCO2和4molH2,则平衡时H2的体积分数等于20%D.改变条件得到曲线Ⅱ、Ⅲ,则曲线Ⅱ、Ⅲ改变的条件分别是升高温度、充入氦气解析:A项,由图中曲线Ⅰ可知,该反应在0～8min内氢气的变化量为6mol,则二氧化碳的变化量为2mol,该反应在0～8min内CO2的平均反应速率是2mol8min2L=0.125mol·L-1·min-1,错误;B项,由图中曲线Ⅰ可知,该反应在8min达到平衡,反应混合物中有4molCO2、2molH2、2molCH3OH(g)和2molH2O(g)。保持温度不变,若起始时向上述容器中充入4molCO2、2molH2、2molCH3OH(g)和1molH2O(g),相当于在原平衡状态减少1molH2O(g),则此时反应向正反应方向进行,正确;C项,原平衡混合物中H2的体积分数等于20%,保持温度不变,若起始时向上述容器中充入3molCO2和4molH2,相当于对原平衡减压,平衡向逆向移动,则平衡时H2的体积分数大于20%,错误;D项,该反应为放热反应,改变条件后,化学反应速率都加快了,但是Ⅱ的平衡向左移动、Ⅲ的平衡向右移动,故曲线Ⅱ改变的条件是升高温度、曲线Ⅲ改变的条件是充入CO2,错误。答案:B[对点精练2]A、B、C、D为4种易溶于水的物质,它们在稀溶液中建立如下平衡:A+2B+H2OC+D。当加水稀释时,平衡向(填“正”或“逆”)反应方向移动,理由是。解析:可将水虚拟为容器,将A、B、C、D4种易溶物质虚拟为盛在“水容器”中的气体物质。那么,加水稀释,“气体”的体积扩大,压强减小,根据勒·夏特列原理,平衡向气体体积增大的方向,即上述平衡的逆反应方向移动。由此,可以得出结论:溶液稀释时,平衡向溶质粒子数增加的方向移动。答案:逆稀释后,单位体积内溶质的粒子总数(或总浓度)减小,根据勒·夏特列原理,平衡向单位体积内溶质的粒子总数(或总浓度)增加的方向移动方法二等效平衡思维的应用1.等效平衡判断“四步曲”-4-2.解答方法对于可逆反应aA(g)+bB(g)cC(g)+dD(g)反应特点a+b≠c+da+b=c+d条件等温等容等温等压等温等容等温等压起始投料换算为化学方程式同一边物质,其“量”相同换算为化学方程式同一边物质,其“量”成比例换算为化学方程式同一边物质,其“量”成比例平衡特点物质的量/n相同成比例成比例成比例百分含量/W%相同相同相同相同浓度相同相同成比例相同3.虚构“箱体”法构建等效平衡(1)构建恒温恒容平衡思维模式新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成,相当于增大压强。(2)构建恒温恒压平衡思维模式(以气体物质的量增加的反应为例,见图示)新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加,压强不变,平衡不移动。-5-[典例](2019·山东齐鲁名校教科协联考)工业上制备硫酸最重要的一步是SO2的氧化,反应方程式为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1。回答下列问题:某课外兴趣小组在实验室对该反应进行研究,部分数据如下表。实验反应条件起始物质的量/mol平衡后性质催化剂温度(K)容积(L)SO2O2SO3SO2体积分数吸收或放出热量(kJ)SO2或SO3的转化率AV2O5770100.20.10a1Q1α1BV2O577010000.2a2Q2α2CV2O5绝热10000.2a3Q3α3比较下列数值大小(填“”“=”“”或“无法确定”)。(1)a1a2。(2)Q1+Q219.66。(3)α1+α31。解析:(1)实验A和实验B其他条件相同,A中通入0.2molSO2和0.1molO2,B中通入0.2molSO3,达到平衡时,两者是等效平衡,SO2的体积分数相等,则有a1=a2。(2)实验A和实验B是等效平衡,A中消耗SO2和O2的量与B中生成SO2和O2的量分别相等,则有Q1+Q2=19.66。(3)实验A和实验B是等效平衡,SO2的转化率α1与SO3的转化率α2之和等于1,即α1+α2=1。实验C在绝热条件下进行,相当于将实验B中的反应温度降低,而降低温度,实验B中反应逆向进行的程度减小,SO3的转化率减小,则有α3α2,从而推知α1+α31。答案:(1)=(2)=(3)[对点精练]一定条件下存在反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g),其正反应放热。现有三个相同的2L恒容绝热密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,在Ⅰ中充入1molCO和1molH2O,在Ⅱ中充入1molCO2和1molH2,在Ⅲ中充入2molCO和2molH2O,700℃时开始反应。达到平衡时,下列说法正确的是(C)-6-A.容器Ⅰ、Ⅱ中正反应速率相同B.容器Ⅰ、Ⅲ中反应的平衡常数相同C.容器Ⅰ中CO的物质的量比容器Ⅱ中的多D.容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和大于1解析:容器Ⅰ中正向建立平衡,容器Ⅱ中逆向建立平衡,由于正反应放热,容器绝热,故前者温度高,反应速率快,A项错误;容器Ⅰ中温度高,相对于容器Ⅱ相当于升高温度平衡逆向移动,CO的转化率低,剩余的多,C项正确;容器Ⅲ的投料量是容器Ⅰ的2倍,由于是气体体积相等的反应,假设建立等效平衡,但由于容器Ⅲ的投料量多,放出的热量多,两容器的温度不同,所以平衡常数不同,B项错误;若容器Ⅰ、Ⅱ建立等效平衡,则容器Ⅰ中CO的转化率与容器Ⅱ中CO2的转化率之和为1,由A、C两项分析可知,容器Ⅰ中温度高,CO的转化率低,所以两者之和小于1,D项错误。