平衡原理很重要 多種應用常考到

安徽省靈璧縣黃灣中學(234213)

華 振●

平衡原理很重要 多種應用常考到

安徽省靈璧縣黃灣中學(234213)

華 振●

化學平衡原理是化學知識的基本原理之一，它不僅在解決化學問題中應用廣泛，并且在其他學科領域也有應用.下面舉例說明，希望同學們能夠從中得到有益的啟示.

一、在工業生產中的應用

例1為了防止鐵制品生銹，可對其表面進行“發藍”處理：把鐵制品浸入熱的NaNO2、NaNO3、NaOH混合溶液中，使它的表面氧化成一層致密的Fe3O4氧化膜，發生的反應可表示如下：

某研究小組發現，若上述熱的混合溶液中NaOH的含量太少，氧化膜的厚度就太薄；若NaOH的含量太多，氧化膜的厚度也太薄.請用化學平衡原理解釋發生這種現象的原因.

解析 許多同學看到本題會感到無從下手，究其原因是不能從整體都的角度分析題給三個化學方程式之間的相互聯系.反應①、③是可逆反應，反應②是不可逆反應，當NaOH含量較少時，使反應①生成的Na2FeO2及反應②生成的Na2Fe2O4質量都少，致使反應③生成的Fe3O4的質量也少，氧化膜的厚度就薄.當NaOH含量太多時，盡管反應①、②生成的Na2FeO2及Na2Fe2O4的質量增加，但太多的NaOH又會使反應③的化學平衡向逆反應方向移動，結果生成的Fe3O4的質量變少，氧化膜的厚度變薄.

由此可見，鐵制品進行“發藍”處理時，NaOH的含量是控制氧化膜厚度的重要因素之一.

例2 (2016全國卷Ⅲ)丙烯腈(CH2CHCN)是一種重要的化工原料，工業上可用“丙烯氨氧化法”生產，主要副產物有丙烯醛(CH2CHCHO)和乙腈(CH3CN)等.回答下列問題：(1) 以丙烯、氨、氧氣為原料，在催化劑存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副產物丙烯醛(C3H4O)的熱化學方程式如下：

C3H3N(g)+3H2O (g) ΔH=-515 kJ·mol-1①

C3H4O (g)+H2O (g) ΔH=-353 kJ·mol-1②

兩個反應在熱力學上趨勢均很大，其原因是____；有利于提高丙烯腈平衡產率的反應條件是____；提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是____.

(2) 圖1為丙烯腈產率與反應溫度的關系曲線，最高產率對應的溫度為460 ℃.低于460 ℃時，丙烯腈的產率____(填“是”或“不是”)對應溫度下的平衡產率，判斷理由是____；高于460 ℃時，丙烯腈產率降低的可能原因是____(雙選，填標號).

A. 催化劑活性降低 B. 平衡常數變大

C. 副反應增多 D. 反應活化能增大

(3) 丙烯腈和丙烯醛的產率與n(氨)/n(丙烯)的關系如圖2所示.由圖可知，最佳n(氨)/n(丙烯)約為____，理由是____.進料氣氨、空氣、丙烯的理論體積比約為____.

解析 (1) 由于反應①、②均為放出熱量較多的反應，產物的能量較低，故兩個反應在熱力學上趨勢很大；由于反應①為放熱反應，且該反應為氣體分子數增大的反應，故降低溫度和減小壓強均有利于反應正向進行，從而提高丙烯腈的平衡產率；提高丙烯腈反應選擇性的關鍵因素是使用合適的催化劑.即應順填：兩個反應均為放熱量大的反應；降低溫度、減小壓強；催化劑.

(2) 反應①為放熱反應，升高溫度，丙烯腈的平衡產率應降低，故低于460℃時，丙烯腈的產率不是對應溫度下的平衡產率；高于460℃時，催化劑的活性降低、副反應增多均可導致丙烯腈的產率降低，則選項A、C正確；該反應為放熱反應，升高溫度，平衡常數減小，則選項B錯誤；升高溫度可以提高活化分子的百分數，但不能改變反應所需的活化能，則選項D錯誤.即應順填：不是；該反應為放熱反應，平衡產率應隨溫度升高而降低；A、C.

(3) 從圖2中可以看出，當n(氨)/n(丙烯)≈1時，丙烯腈的產率最高，此時幾乎沒有丙烯醛；只發生反應①時，NH3、O2、C3H6的物質的量之比為1∶1.5∶1，結合空氣中O2的體積分數約為20%，可確定進料氣NH3、空氣、C3H6的理論體積之比約為1∶7.5∶1.即應順填：1；該比例下丙烯腈產率高，而副產物丙烯醛產率最低；1∶7.5∶1.

二、在農業科技中的應用

例3 某實驗小組研究CO2濃度對植物生長的影響，做了如下的對比實驗：

(1)取兩株形態、大小基本相同的同種綠色植物，分別置于甲、乙兩只相同的密閉玻璃容器內.

(2)在甲、乙兩容器內分別充入CO2，并使乙容器內CO2的濃度為甲容器內的3倍.

(3)給甲、乙容器充足光照，4 h后，測得甲容器內CO2的含量減少144 mg，乙容器內CO2的含量減少162 mg.

問：(1)乙容器內CO2的量比甲容器內CO2的量減少得多的原因是什么？

(2)從該實驗的結果中，你能得到什么有益的啟示(舉一例有關農業生產的問題).

解析 (1)由于植物在光照下，光合作用和呼吸作用并存，故這一過程可視為可逆反應：

根據化學平衡原理，不難判斷，增大CO2的濃度，可使平衡向正反應方向移動，因而增加了CO2的消耗量，這一理論分析與實驗小組的實驗結果是相吻合的.

(2)由上述實驗結果知，增大CO2的濃度，可促進光合作用的進行，提高葡萄糖的產量(即提高農作物的產量).若將其應用到農業生產上，例如在塑料大棚中充入一定量的CO2，就有可能使作物取得良好的增產效果.

三、在環境保護中的應用

例4 人類目前對煤、石油的過度消耗，使空氣中的CO2濃度增大，導致地球表面溫度升高，形成了溫室效應.科學家對CO2的增多帶來的負面影響較為擔憂，于是提出將CO2通過管道輸送到海底的方法，這可減緩空氣中CO2濃度的增加，請你根據CO2的性質和化學平衡原理回答：

(1)這樣長期下去，將給海洋造成什么樣的影響？

(2)你認為消除CO2的負面影響的最好方法是什么？

四、在人體科學中的應用

例5 為什么健康人攝入少量的酸或堿后，血液的pH仍能保持在7.35 ～ 7.45的正常范圍內.請用化學平衡原理加以解釋.

五、在醫學為生中的應用

A. 尿酸鈉溶液呈酸性 B. 尿酸鈉晶體難溶于水

C. 該正反應應為放熱反應 D. 該正反應應為吸熱反應

歡迎投稿及訂閱《數理化解題研究》

《數理化解題研究》創刊于1997年12月，是由國家科委和國家新聞出版廣電總局正式批準發行(文件批號為國科發信字【1997】609號文件)，面向國內外公開發行的教育類學術期刊。國內統一刊號：CN23-1413/G4，國際標準出版物號ISSN：1008-0333。期刊在國家新聞出版總署、中國版本圖書館、國家圖書館都有收藏和備案，中國知網、維普、博看網全文收錄。

《數理化解題研究》是基于國家對教學改革的創新要求，針對我國基礎教育及高等教育的教學研究性雜志，突出創新性，探索性，思想性和方法性。既能幫助教師在教學過程中遇到的常見問題或者難點起到教學指導的作用，提升教師的整體教育水平和素質，同時還能幫助學生拓展思路，解放思想，脫離題海戰術，提高學習成績。

《數理化解題研究》高中部分(郵發代號14-271)、初中部分(郵發代號14-272)以人教版的教學內容和教學進度為基準，同時兼顧各地教材版本，內容側重于實用性、指導性和創新性，面向的讀者群側重于中學教師、教學研究人員、高考及中考命題人員及初三、高二、高三年級的學生。欄目主要有：高考(中考)命題導向與應試研究；創新能力培養；解題思路、方法及技巧研究；多解與多變；錯解與反例；教材輔導與教學設計；名師講堂；章節練習與同步測試；學生佳作；學科教育研究等。

《數理化解題研究》綜合部分(郵發代號14-277)涵蓋了普通教育、職業教育及高等教育中有關數理化的學科教育研究，內容主要是針對數理化解題的教學理論研究與創新，面向的讀者群側重于教師、教學研究人員、職業技能及技術指導培訓人員和考試命題人員及學生。主要欄目有：考試命題導向與應試研究；創新能力培養；解題思路、方法及技巧研究；名師講堂；理論與應用研究；職業教育發展研究；教材輔導與教學設計；職業技術與技能研究；學科教育研究等。

稿件錄用要求：

1.文章內容強調實用性、方法性及創新性，針對教學中存在的普遍問題獨立思考，內容翔實，研究規范，論證嚴謹。

2.稿件用詞準確、語言精煉，文章層次分明，圖表清晰規范，標點符號使用正確；論文應有簡短的內容摘要，3-6個關鍵詞和規范的參考文獻表。

3.來稿請署名真實姓名、工作單位、地址、郵編和電話，同時要附有作者簡介。

4.稿件必須原創且不得重復發表，凡向本刊投稿的作者，文責自負。 對于欺騙本刊或侵犯他人版權與其他權利的文字、 繪畫、 圖片稿件， 由作者自行承擔法律責任， 本刊概不承擔任何連帶責任。本刊對剽竊作品深惡痛絕， 一經查實， 本刊將予以公開揭露并按出版法的有關規定追究責任。

G632

B

1008-0333(2017)07-0096-02