化学平衡状态的判断中以不变应万变的思维模式.doc

化学平衡状态的判断中以不变应万变的思维模式.doc 化学平衡状态的判断中以不变应万变的思维模式 化学反应是否到达平衡状态的判断是高考常考的知识点，考查的难度不是很大，但往往有不少学生因为对这部分内容的理解不够透彻，各种条件分析不清，所以判断不准导致失分.笔者根据近年来的教学，对恒容条件下化学平衡状态的判断做了如下梳理，与大家共享. 一、化学平衡状态的含义 在一定条件下的可逆反应里，当正反应速率与逆反应速率相等时,反应物的浓度与生成物的浓度不再改变,达到一种表面静止的状态,即“化学平衡状态”. 二、恒温恒容条件下几种常见化学平衡状态的判断 1.不等分子反应 【案例】在一定温度下的恒容密闭容器中发生反应: N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，下列信息能否说明该反应达到平衡状态 【思考1】v(N2)正=2v(NH3)逆 【分析】此信息中既有υ正又有υ逆，且速率比等于计量数之比，说明正逆反应速率相等，到达平衡状态 【思考2】容器中气体的压强不随时间而变化 【分析】由于温度和体积不变，若压强不变，则气体的总物质的量不变，则说明正逆反应速率相等，到达平衡状态 【思考3】容器中气体的密度不随时间而变 【分析】混合气体的质量和体积始终不变，所以密度固定不变，不能判断到达平衡状态 【思考4】容器中气体的分子总数不随时间而变化 【分析】若υ正,υ逆，分子总数减少，反之增多.所以此信息说明正逆反应速率相等，到达平衡状态 【思考5】c(N2),c(NH3) 【分析】由于转化率不确定，所以c(N2),c(NH3)时不一定是平衡状 态 【思考6】混合气体的平均相对分子质量保持不变 ??由表中数据推知电负性差为1.7时离子性百分数为50%，通常我们把电负值差大于1.7，离子性百分数在50%以上的键称为离子键.反之，属于共价键. ?由于离子键与共价键是过渡的，使得离子化合物与共价化合物的界限也是模糊的.通常以熔点400?为界，离子晶体在熔化时需要克服较强的离子键，熔点一般高于400?，分子晶体在熔化时只需克服范德华力，故熔点一般低于400?时.这样，金属氧化物、碱、盐一般属于离子化合物，而非金属氧化物、酸、有机物等都属于共价化合物. 二、金属键与共价键 在金属晶体中，金属原子易失电子变成阳离子，失去的电子成为“自由电子”，自由电子在原子和离子之间不停地交换，这种作用把金属原子或离子结合在一起，形成金属键.在金属晶体中，金属原子是密堆的，例 如，每个钠原子在晶体中与其他8个钠原子相邻.每个钠原子失1个电子不可能按共价键那样共用电子，所以我们可以把金属键看做是少数自由电子存在于多个原子之间离域程度很高的共价键. 下面以氮族元素为例，分析共价健与金属键之间的过渡.氮有两种同素异形体，N2和N5，在固态时都是由共价分子通过范德华力构成的分子晶体.磷则有3种异形体，白磷是分子晶体，红磷是链状的，黑磷则具有层状结构.层内共价结合，层间电子是离域的，能够导电，从中可以看到共价键向金属键转化的迹象.与黑磷相似，灰砷、灰锑(砷和锑的同素异形体)和铋都属于具有导电性的层状晶体，随着原子的电子层数增多，原子半径增大，层内与层间的距离都增大，但层间距离与层内距离的比值都依次减小，这说明上述晶体中，层的界限逐渐消失，原子的结合趋向于密堆，即化学键从共价键向金属键过渡(见表2).由于锑和铋都处在周期表的对角线附近，所以最终也未能过渡到典型的密堆的金属晶体. 表2 层内/pm层间/pm层间/层内 As2.513.141.25 Sb2.893.351.16 Bi3.103.471.12 卤素单质都是双原子分子，两个原子共价结合，在固态时形成分子晶体.随着原子半径增大，共价键键能减小，而随相对分子质量增大，范德华力增大，造成分子间与分子内距离的比值逐渐缩小，说明分子间与分子内的界限趋向消失，原子的排布趋向密堆，共价键向金属键过渡(见表3)I2晶体具有金属光泽就是表现. 表3 分子内/pm分子间/pm分子间/分子内 Cl2 1.992.971.50 Br2 2.273.331.45 I2 2.703.541.31 三、离子键和金属键 离子键存在于典型金属与典型非金属的化合物中，其本质是阴、阳离子的静电作用，金属键存在于金属单质或合金中，是金属阳离子与自由电子的静电作用.在本质上金属键与离子键是相近的.二者的区别在于离子键只存在于化合物中，而金属键则存在于金属单质或合金中.现以镁为例，镁单质和镁铝合金都是通过金属键结合的，由Mg2Si至Mg3P2、MgS、MgCl2按第3周期从左到右随着电负性差逐渐增大，化学键的离子性百分数增大，逐渐向离子键过渡. 总之，化学键的成因是原子结构的不稳定性，失电子的金属性和得电子的非金属是逐渐过渡的，离子键、共价键、金属键也不会是非此即彼，把过渡的思想渗透在中学化学教学中，可以促进学生树立辩证唯物主义世界观，提高科学素养. 【分析】由公式M(平均)=m(总)/n(总)可知m(总)始终不变，若M(平均)不变，则n(总)不变，正逆反应速率相等，到达平衡状态 【思考7】NH3的百分含量保持不变 【分析】此信息说明混合气体的组成不变，到达平衡状态 【思考8】3个H-H键生成的同时有 1个N?N键生成 【分析】生成H-H和N?N都指υ逆，没有υ正，不能判断是否到达平衡 2.等分子反应 (1)气体质量守恒的等分子反应 【案例】在一定温度下的恒容密闭容器中发生反应:2HI(g)H2(g)，I2(g)，下列信息能否说明该反应达到平衡状态 【思考1】单位时间内生成a mol H2的同时生成a mol HI 【分析】生成H2是υ正，生成HI是υ逆，均为a mol，速率比不等于计量数比，所以正逆反应速率不等，不能判断到达平衡状态 【思考2】一个H-H键断裂的同时有两个H-I键断裂 【分析】断裂H-H是υ逆，断裂H-I是υ正，比值为1:2，所以正逆反应速率相等，到达平衡 【思考3】百分组成w(HI),w(I2) 【分析】由于转化率不确定，所以w(HI),w(I2)不一定是平衡状态 【思考4】反应速率υ(H2),υ(I2),υ(HI)/2 【分析】化学反应无论是否平衡都有速率比等于计量数比，所以不能判断是否到达平衡 【思考5】c(HI)?c(H2)?c(I2),2?1?1时 c(H2)?c(I2),2?1?1 【分析】由于转化率不一定，所以c(HI)? 时不一定是平衡状态 【思考6】H2的浓度不再变化 【分析】根据定义某物质的浓度不变即为平衡状态 【思考7】容器内压强不再变化 【分析】等分子反应在任何时刻压强都不变，所以不能判断是否到达平衡 【思考8】平均相对分子质量不变 【分析】由公式M(平均)=m(总)/n(总)可知气体的总质量、总物质的量始终不变，所以M(平均)始终不变，不能说明到达平衡状态 【思考9】混合气体的颜色不变 【分析】只有I2蒸汽有颜色，此信息其实是I2的浓度不变，所以判 断到达平衡状态 【思考10】混合气体的密度不再变化 【分析】气体的总质量和体积始终不变，所以密度始终不变， 不能判断是否到达平衡状态 (2)气体质量不守恒的等分子反应 【案例】在一定温度下的恒容密闭容器中发生反应:2X(g)+Y(s)Z(g)+W(g)，下列信息能否说明该反应到达平衡状态 【思考1】容器中压强不变 【分析】等分子反应任何时刻压强都不变，所以不能判断是否到达平衡状态 【思考2】混合气体中c(X)不变 【分析】某物质的浓度不变即为平衡状态 【思考3】2υ正(X),υ逆(W) 【分析】此信息中既有υ正又有υ逆，且速率比等于计量数比，说明正逆反应速率相等，到达平衡状态 【思考4】c(Z), c(W) 【分析】由于转化率不确定，所以c(Z),c(W)不一定是平衡状态 【思考5】容器内的密度保持不变 【分析】由ρ=m/V可知若υ正,υ逆，气体质量增大，密度增大，反之减小，所以密度不变反应平衡 【思考6】平均相对分子质量保持不变 【分析】由公式M(平均)=m(总)/n(总)可知若υ正,υ逆气体质量增大，物质的量不变，M(平均)增大，反之 M(平均)减小，所以M(平均)不变反应平衡 【思考7】W的百分含量保持不变 【分析】百分含量不变，混合物的组成不变，反应平衡 总结:任何条件下，不同物质的浓度或百分含量成固定比值都一定不能判断反应是否平衡 三、绝热恒容条件下几种常见化学平衡状态的判断 【案例】在一个绝热、且容积不变的密闭容器中发生反应:CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH,+131.3 kJ?mol-1，下列信息能否说明该反应达到平衡状态 【思考1】容器内温度不变 【分析】若υ正,υ逆，反应吸热温度下降，υ正,υ逆温度上升，所以温度不变，即反应平衡 【思考2】CO的浓度保持不变 【分析】CO的浓度不变即为平衡状态 【思考3】υ (CO),υ (H2) 【分析】化学反应无论是否平衡速率比都等于计量数比，所以不能判断是否平衡 【思考4】c(CO),c(H2) 【分析】由于转化率不一定，所以c(CO),c(H2)不一定是平衡状态 【思考5】容器内的密度保持不变 【分析】混合气体的质量和体积始终不变，所以无论是否平衡密度均不变 【思考6】容器内的平均相对分子质量保持不变 【分析】由公式M(平均)=m(总)/n(总)可知气体的总质量和总物质的量始终不变，所以M(平均)始终不变，不能说明到达平衡状态 【思考7】H2的百分含量保持不变 【分析】此信息说明混合物的组成不变，即为平衡状态 【思考8】容器内压强保持不变 【分析】气体总物质的量不变，若υ正,υ逆，吸收热量，温度降低，压强减小，反之增大，所以压强不变亦可判断到达平衡状态 四、终上所述，无论条件如何改变，都可以转化为下列两种判断方法之一: ?正反应速率与逆反应速率相等 ?反应体系中某物质的浓度或物质的量或含量不再改变 在解决此类问题时只要学生仔细审题、对比条件，抓住两点永恒不变的判断方法，以不变应万变，所有平衡状态的判断定能迎刃而解.