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基于总量恒定下的过量问题解读

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基于总量恒定下过量反应的解读探讨

总量恒定下化学反应的过量问题一直是化学讨论的热点，一方面它是生产生活的常态现象，同时它引发的种种问题具有较高的价值。从表面意义来讲，过量反应涉及物质是否转化及转化程度等问题。从深层次来看，过量问题涉及经济效益和绿色工艺等核心思想；过程涉及物质投料比、物质转化方向、过程动态分析和平衡量化计算等；包括产量、转化率、百分含量、反应热、电解质等核心概念。下面笔者以几例典型总量恒定的过量反应的为研究对象，解读过量反应的各方面的表现及运用。

一、过量反应引发的产量讨论

[例１]“硫碘循环”法是分解水制氢气的研究热点，涉及下列三个反应：反应Ⅰ：SO2(g) + I2(aq) + 2H2O(l) ＝ 2HI(aq) + H2SO4(aq)；反应Ⅱ：2HI(g) H2(g) + I2(g)；反应Ⅲ：2H2SO4(g) 2H2O(g) + 2SO2(g) + O2(g) 。

反应Ⅰ发生时，溶液中存在化学平衡：I2(aq) + I—(aq) I3—(aq)，其反应速率极快且平衡常数很大。现将1mol SO2缓缓通入含1 mol I2的水溶液中恰好完全反应。画出溶液中I3—的物质的量n( I3—)随反应时间t变化的曲线图。

解读：本题图像绘制主要是基于元素恒定下，物质配料

比差异所引发的产量大小讨论。(1) n( I3—)最大值讨论：当两种

形态的2mol的碘元素(即Ｉ２和Ｉ-)完全转化为I3—，根据元素守

恒，产量最大值为2/3mol。⑵n( I3—)对应时间讨论：当I3—达到

最大值时参与I—也为2/3mol, 即有1/3mol I2的被SO2转化I—，

所用时间大约为总时间的1/3，剩余的2/3molI2的被SO2转化I—，

所用时间大约为总时间的2/3。答案如图1。

二、过量反应引发的能量转化

[例2]将V1mL1.0mol/L HCl溶液和V2mL未知浓度的

NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如

图2所示(实验中始终保持 V1 + V2= 50mL)。下列叙述正确

的是（）

A.做该实验时环境温度为22℃

B.该实验表明化学能可能转化为热能

C.NaOH溶液的浓度约为1.0mol/L

D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应

解读：本题是基于总体积恒定的条件下，配料比不同的酸碱反应引发溶液温度变化。当温度最大值时，n(HCl)=n(NaOH),则c(NaOH)= 1.5mol/L。当加入HCl的体积小于30mL或大于30mL时，盐酸或过量或不足，参与的盐酸的体积均小于完全反应对应30mL，放出能量都减小28℃。A.显然实验温度低于22℃；B正确；D显然不能推出这种结论。答案为B。

三、过量反应引发的过程分析

[例3](原创题)室温下，向20.00mL 0.01 mol•L－1的CH3COOH

溶液中逐滴加入0.01 mol•L－1NaOH溶液，如图3，试回答下列问题。

问题①：有关0.01 mol•L－1的CH3COOH溶液说法正确的是（）

A.c(CH3COO－) + c (OH－)= 0.1 mol•L-1

B.由水电离出的c（H+）=1.0×10－10mol•L－1

C.往CH3COOH溶液中加水稀释，c(OH—)和c(H+)均减小

D.与相同体积、相同物质的量浓度的盐酸相比，中和碱的能力：醋酸<盐酸

问题②：当滴入10.00mL 0.01 mol•L－1NaOH mol•L-1 溶液时，下列说法正确的是（）

A.CH3COOH电离程度增大 ,溶液导电性减弱 B.c(CH3COOH)+ c(CH3COO－)=0.1mol•L－1

C.c(CH3COOH)>c(CH3COO－),溶液显酸性 D.c(CH3COO－)>c(Na+)> c(H+) > c(OH－)

问题③：有关图像中B点说法正确的是（）

A.此时混合液中:c(CH3COO－)=c(Na+) B.加入NaOH的体积为20.00mL

C.c(CH3COOH)+ c(CH3COO－)=c(Na+) D.B点代表CH3COOH溶液与NaOH溶液中和点

问题④：当滴入0.01 mol•L－1NaOH溶液体积为20.00mL，如图中C点，说法不正确（）

A.c(Na＋)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)＞c(H+) B.c(Na＋)=c(CH3COO－)+c(CH3COOH)

C.c(OH-)=c(H+)+c(CH3COOH) D.升高温度，溶液pH减小

问题⑤：有关滴定过程中，说法不正确的是（）

A.滴入过量的NaOH溶液，离子浓度可能为：c
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