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巧解化学平衡问题

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巧解化学平衡问题

化学科与数学、物理有着密切的联系，在解决化学问题时常用到数学方法或物理方法，如物理解题中常用的选取参照物、数学上常用的反证法等都可以用在化学解题上。在分析平衡问题时，有些问题从正面分析往往不容易找到合适的突破口，若选择恰当的状态作为参照，利用比较或反证法，则比较容易作出迅速判断。
例1、恒温恒容条件下，在密闭容器中，反应2NO2(g) N2O4(g)达到平衡后，再向容器内通入一定量N2O4，又达平衡时，NO2的体积分数（    ）
A、不变       B、增大      C、减小       D、无法确定
解析：本题中反应物和生成物都只有一种，反应达平衡后，再通入N2O4，增大了生成物的浓度，平衡向逆反应方向移动，但是并不能由此就判断NO2的体积分数会增大，而应该是判断新平衡与原平衡比较，相当于平衡向哪移动。正确的方法是先假设把要充入的N2O4在上述同样条件（同温同压）下达平衡，此时两个平衡是等同的，再把这部分气体通入到原容器中，这相当于对原平衡气体加压，新平衡与原平衡比较，相当于增大压强，平衡正移，NO2的体积分数减小，故答案应为C项。
答案：C项
点评：本题的解法是通过假设引入一个状态作为参照把充入一定量N2O4这个条件等效为在原平衡基础上增大压强，再比较新旧两个平衡状态，最后比较得出结论。由此推理，若把“通入一定量N2O4”改为“通入一定量NO2”，由于等温等压下，容器中充入N2O4和充入NO2为等效平衡，新平衡与原平衡比较仍然相当于增大压强，平衡正移，NO2的体积分数也是减小。另外若把原题中“恒温恒容”改为“恒温恒压”，则无论再充入一定量NO2还是N2O4，新旧平衡都为等效平衡，NO2的体积分数都不变。
例2、某温度时，一定压强下的密闭容器中发生反应：aX(g)+bY(g) cZ(g)+dW(g)，达平衡后，保持温度不变压强增大至原来的2倍，当再达到平衡时，W的浓度为原平衡状态的1.8倍，下列叙述正确是　   （    ）
A、平衡正移                B、(a+b)﹥(c+d)
C、Z的体积分数变小        D、X的转化率变大
解析：反应达到平衡后，保持温度不变压强增大至原来的2倍，若平衡不移动，各种物质的浓度都将变为原来的2倍，而W的浓度只有原平衡状态的1.8倍，W的浓度减小，说明平衡向逆反应方向移动，A项不正确；增大压强，平衡逆移，说明正反应是气体总体积增大的反应，即(a+b)<(c+d)，B项不正确；增大压强，平衡逆移，Z的体积分数变小，X的转化率变小，C项正确，D项不正确。
答案：C项
点评：本题的关键是判断平衡移动的方向，保持温度不变压强增大至原来的2倍，先假设平衡不移动，W的浓度应为原来的2倍作为参照，现实际上只有原平衡状态的1.8倍，说明平衡向逆反应方向移动。
例3、25℃时，若体积为VA、pH=a的某一元强酸与体积为VB、pH=b的某一元强碱混合，恰好中和，且已知VA<VB，和a=0.5b。请填写下列空白：
（1）a值可否等于3（填“可”或“否”）   ，理由是                          。
（2）a值可否等于5（填“可”或“否”）   ，理由是                          。
（3）a的取值范围是          。
解析：本题第（1）问和第（2）问若直接分析不好回答，若借用数学上的反证法则比较容易回答，如第（1）问，假若a=3，则b=6，即pH=6<7，溶液呈酸性，与已知条件一元强碱应呈碱性不符，故假设不成立，a不能等于3；同理，第（2）问若a =5，则b =10，酸溶液中c(H+)=10-5 mol•L-1，碱溶液中c(OH-)=10-4 mol•L-1，酸碱恰好中和，则有10-5 VA=10-4VB， =10，即VA> VB，也与已知条件VA<VB不符，故假设不成立，a不能等于5。第（3）问要充分利用题给条件，根据a=0.5b，则b=2a>7，a> ，再根据酸碱恰好中和，10-a VA=10b-14VB， =10a+b-14<1，a+b-14<0，将b=2a代入得3a<14，a< ，即： <a< 。
答案：（1）否若a=3，则b=6，两溶液均呈酸性（2）否若a =5，则b =10，10-5 VA=10-4VB， =10，则VA> VB（3） <a<
点评：本题中第（1）问和第（2）问，根据题给条件不能直接推出a的值，若从正面直接分析不好回答，而通过借用数学上的反证法，先假设a等于该数值，然后由此得出与已知条件不符的结论，从而说明假设不成立，a不能等于该数值。
例4、常温下，将稀盐酸和氨水等体积混合，溶液恰好呈中性，则混合前溶液中c(HCl)      c(NH3•H2O)（填“大于”、“小于”或“等于”，下同），混合前酸中c(H+)与碱中c(OH-)的关系：c(H+)       c(OH-)。
解析：假若c(HCl)=c(NH3•H2O)，HCl与NH3•H2O正好反应生成NH4Cl，由于NH4Cl水解溶液呈酸性，要使溶液呈中性，必须增大NH3•H2O的浓度，即c(HCl)小于c(NH3•H2O)；假若c(H+)= c(OH-)，等体积混合时根据“谁弱显谁性”的原则，由于NH3•H2O远过量，溶液呈碱性，要使溶液呈中性，就必须增大HCl中H+浓度，即c(H+) 大于c(OH-)。
答案：小于大于
点评：本题中直接比较c(HCl)与c(NH3•H2O)或c(H+) 与c(OH-)大小时不容易，因题目要求溶液恰好呈中性，先假设二者相等，判断出溶液的酸碱性，若呈酸性则要增大碱的浓度，反之，若呈碱性，则要增大酸的浓度，从而迅速比较出结果。
例5、已知多元弱酸在水溶液中的电离是分步进行的，且第一步电离程度远大于第二步电离程度，第二步电离程度远大于第三步电离程度，今有HA、H2B、H3C三种一元、二元、三元弱酸。根据“较弱酸+较弱酸盐=较弱酸盐+较弱酸”的反应规律，它们之间能发生下列反应：
①HA+HC2-(少量)=A-+H2C-
②H2B(少量)+2A-=B2-+2HA
③H2B(少量)+H2C-=HB-+H3C
回答下列问题：
（1）相同条件下，HA、H2B、H3C三种酸中酸性最强的是        。
（2）A-、B2-、C3-、HB-、H2C-、HC2-六种离子中，最易结合质子（H+）的是     ，最难结合质子（H+）的是       。
（3）完成下列反应的离子方程式：
①H3C+A-：                                       ；
②HB-+A-：                                       ；
③H3C+B2-：                                      。
解析：要解答本题，首先要判断六种酸的酸性强弱，根据题给三个
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