袁爽 龔文軍
摘 要:在化學(xué)平衡中,等效平衡的反應(yīng)熱和轉(zhuǎn)化率問(wèn)題,是學(xué)生分析平衡問(wèn)題的一大難點(diǎn)。本文通過(guò)借鑒物理“相遇問(wèn)題”,用圖示的方法,將這個(gè)難點(diǎn)化繁為簡(jiǎn),使學(xué)生更容易理解和領(lǐng)悟。
關(guān)鍵詞:物理“相遇問(wèn)題”;等效平衡的反應(yīng)熱和轉(zhuǎn)化率;圖示法
首先看一個(gè)最簡(jiǎn)單的物理相遇問(wèn)題:
甲地到乙地的公路長(zhǎng)300km。兩輛汽車(chē)同時(shí)從兩地對(duì)開(kāi),甲車(chē)每小時(shí)行80km,行駛2h與乙車(chē)相遇。請(qǐng)問(wèn)乙車(chē)行駛了多長(zhǎng)距離?
這個(gè)問(wèn)題用以下圖示的方法很好解釋?zhuān)?/p>
這個(gè)相遇問(wèn)題跟化學(xué)等效平衡很相似。下面的例題來(lái)說(shuō)明這種“相遇”物理模型的應(yīng)用。
例 在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中,按不同方式投入反應(yīng)物,保持恒溫、恒容,測(cè)得反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下
上表格中甲、乙兩容器屬于等量等效,區(qū)別在于甲是完全從反應(yīng)物投料,乙完全從生成物投料。甲、乙兩容器可以達(dá)到相同的平衡點(diǎn)。這樣看,就跟上面甲、乙兩輛車(chē)從兩端出發(fā)達(dá)到相同的地點(diǎn)相遇是一回事。
該反應(yīng)的反應(yīng)熱指的是:N2和H2(可逆反應(yīng))生成2mol NH3所釋放的熱量。對(duì)容器甲,投料1mol N2、3mol H2,生成的NH3少于2mol,放出的熱量少于92.4kJ。對(duì)容器乙,投料2mol NH3,生成的N2少于1mol,H2少于3mol,吸收的熱量少于92.4kJ。但容器甲和容器乙兩個(gè)反應(yīng)歷程加起來(lái),剛好相當(dāng)于從1mol N2、3mol H2到2mol NH3。容器甲中所釋放的熱量和容器乙所吸收的能量剛好等于92.4kJ,即a+b=92.4kJ。
并且,從轉(zhuǎn)化率角度來(lái)說(shuō),N2(或H2)的轉(zhuǎn)化率和NH3的轉(zhuǎn)化率之和剛好為100%,即α1+α2=100%。用圖表示如下:
那么相遇問(wèn)題能否分析容器乙和容器丙呢?
容器乙和容器丙不屬于等效平衡。同樣容積的容器中,容器丙的投料是容器乙的兩倍,壓強(qiáng)也是乙的兩倍。而對(duì)于合成氨反應(yīng),壓強(qiáng)越大越有助于生成氨氣,也就是說(shuō)丙中氨氣百分含量更大,氨氣的轉(zhuǎn)化率比乙中的小。用圖表示為:
從而可以推出結(jié)論:α1+α3<100%。
從以上分析可看出,化學(xué)等效平衡問(wèn)題與物理相遇問(wèn)題很相似。用相遇問(wèn)題的圖示法解決等效平衡的反應(yīng)熱和轉(zhuǎn)化率問(wèn)題,可以化繁為簡(jiǎn),易于理解和分析,并易于遷移運(yùn)用。
作者簡(jiǎn)介:袁爽,龔文軍,湖北省武漢市,武漢六中。