多角度解析化學平衡

■北京市十一學校 李 軍(博士)

多角度解析化學平衡

■北京市十一學校 李 軍(博士)

編者注：“創新題追根溯源”欄目里的例題都非常新穎,有的是原創題,有的是改編題,每一道題都非常注重多解多變。同學們要把握核心考點,擴大知識視野,用扎實的基本功應對試題的萬千變化。

化學平衡屬于高中化學的基本概念和重要理論,也是每年高考考查的重點和熱點內容。為了能夠讓大家更好地理解化學平衡,我們設計了基于化學平衡的實驗探究、工藝流程及圖像三種類型的題,通過與實際生活相結合,讓大家能夠更深入地理解平衡,做到舉一反三,融會貫通,事半功倍。

例題為探究Na2SO3溶液和鉻(Ⅵ)鹽溶液的反應規律,某同學進行實驗如下：

(1)進行實驗Ⅰ和Ⅱ(見表1)。

表1

(2)繼續進行實驗Ⅲ(見表2)。

表2

為了說明產生上述現象的原因,補充實驗：

向2mL蒸餾水中滴加pH=2的0.05mol·L-1K2Cr2O7橙色溶液3滴,溶液變成淺橙色。

①用離子方程式解釋Ⅰ中現象：___。

②對比Ⅰ和Ⅱ可知____。

③用化學平衡移動原理解釋Ⅲ中現象：____。

答案：①

②K2Cr2O7酸性溶液氧化性強

練習1 工業廢水中常含有一定量的,它們會對人類及生態系統產生很大損害,必須進行處理。常用還原沉淀法處理,該法的工藝流程為：

(1)若平衡體系的pH=2,該溶液顯____色。

(2)能說明第①步反應達平衡狀態的是____。

b.2v

c.溶液的顏色不變

用硫酸亞鐵銨[FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O]處理,反應中鐵元素和鉻元素完全轉化為沉淀,該沉淀干燥后得到nmolFeO·FeyCrxO3。不考慮處理過程的實際損耗,消耗硫酸亞鐵銨的物質的量為____mol。

(4)第③步生成的Cr(OH)3在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：

常溫下,Cr(OH)3的溶度積Ksp=c(Cr3+)·c3(OH-)=10-32,要使c(Cr3+)降至10-5mol·L-1,溶液的pH應調至____。

解析：(1)pH=2時,反應正向進行的速率較大,溶液呈橙色。(2)達到平衡狀態時,正、逆反應速率相等,混合物中各組分濃度保持不變,但不一定相等,溶液的顏色不再發生改變,即只有c項正確。(3)根據反應前后Cr和Fe元素的化合價變化,可確定還原1mol需6molFeSO4·7H2O,根據元素守恒,鐵的物質的量為n(1+y)mol,因此消耗的硫酸亞鐵銨也為n(1+y)mol。(4)當c(Cr3+)=10-5mol·L-1時,根據Ksp的表達式可求出c(OH-)=10-9mol·L-1,則此時溶液pH=5。

答案：(1)橙 (2)c (3)6n(1+y)(4)5

練習2元素鉻(Cr)在溶液中主要以Cr3+等形式存在。Cr(OH)3為難溶于水的固體,回答下列問題：

(1)Cr3+與Al3+的化學性質相似。在Cr2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至過量,可觀察到的現象是____。

圖1

①用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉化反應：____。

(3)在化學分析中采用K2CrO4為指示劑,以AgNO3標準溶液滴定溶液中Cl-,利用Ag+與生成磚紅色沉淀,指示劑達滴定終點。當溶液中Cl-恰好沉淀完全(濃度等于1.0×10-5mol·L-1)時,溶液中c(Ag+)為____mol·L-1,此時溶液中)等 于____mol·L-1。(已知Ag2CrO4、AgCl的Ksp分別為2.0×10-12和2.0×10-10)

(4)+6價鉻的化合物毒性較大,常用NaHSO3將廢液中的還原成Cr3+,該反應的離子方程式為____。

解析：(1)通過類比考查知識遷移能力及信息的使用能力。(2)考查圖像分析能力,由反應及圖像可知A點時溶液中)=1.0mol·L-1,根據Cr元素守恒,可知A點溶液中=0.5mol·L-1;此時該反應的平衡常數K=1.0×10-14。溫度升高溶液中的平衡轉化率減小,說明平衡逆向移動,根據平衡移動原理分析正反應是放熱反應。(3)考查Ksp的計算能力。

答案：(1)生成沉淀,繼續滴加NaOH溶液,沉淀溶解

(3)2.0×10-55.0×10-3

綜上所述,對化學平衡理論的學習,只有吃透概念,挖掘教材,打好基礎,才能以不變應萬變。若基礎不牢,概念不清,好似空中樓閣——沒有依靠,耗時于茫茫題海,任你做題再多,也事倍功半。在學習過程中一定要夯實“雙基”,一是要重視基礎知識的理解和記憶,二是重視基本知識的應用,不能用“題海”來代替對“雙基”的學習。借助于幾個典型的例題,梳理基本知識、基本原理做到事半功倍。

(責任編輯 謝啟剛)

李軍,中科院博士,中學化學高級教師,全國基礎教育化學新課程實施優秀個人,曾發表論文30余篇,獲獎論文20余篇。