多角度解析化學(xué)平衡

■北京市十一學(xué)校 李 軍(博士)

多角度解析化學(xué)平衡

■北京市十一學(xué)校 李 軍(博士)

編者注：“創(chuàng)新題追根溯源”欄目里的例題都非常新穎,有的是原創(chuàng)題,有的是改編題,每一道題都非常注重多解多變。同學(xué)們要把握核心考點(diǎn),擴(kuò)大知識(shí)視野,用扎實(shí)的基本功應(yīng)對試題的萬千變化。

化學(xué)平衡屬于高中化學(xué)的基本概念和重要理論,也是每年高考考查的重點(diǎn)和熱點(diǎn)內(nèi)容。為了能夠讓大家更好地理解化學(xué)平衡,我們設(shè)計(jì)了基于化學(xué)平衡的實(shí)驗(yàn)探究、工藝流程及圖像三種類型的題,通過與實(shí)際生活相結(jié)合,讓大家能夠更深入地理解平衡,做到舉一反三,融會(huì)貫通,事半功倍。

例題為探究Na2SO3溶液和鉻(Ⅵ)鹽溶液的反應(yīng)規(guī)律,某同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)如下：

(1)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)Ⅰ和Ⅱ(見表1)。

表1

(2)繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)Ⅲ(見表2)。

表2

為了說明產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因,補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)：

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(xiàn)象：___。

②對比Ⅰ和Ⅱ可知____。

③用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋Ⅲ中現(xiàn)象：____。

答案：①

②K2Cr2O7酸性溶液氧化性強(qiáng)

練習(xí)1 工業(yè)廢水中常含有一定量的,它們會(huì)對人類及生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生很大損害,必須進(jìn)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(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)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(yīng)中鐵元素和鉻元素完全轉(zhuǎn)化為沉淀,該沉淀干燥后得到nmolFeO·FeyCrxO3。不考慮處理過程的實(shí)際損耗,消耗硫酸亞鐵銨的物質(zhì)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(yīng)調(diào)至____。

解析：(1)pH=2時(shí),反應(yīng)正向進(jìn)行的速率較大,溶液呈橙色。(2)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),正、逆反應(yīng)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(fā)生改變,即只有c項(xiàng)正確。(3)根據(jù)反應(yīng)前后Cr和Fe元素的化合價(jià)變化,可確定還原1mol需6molFeSO4·7H2O,根據(jù)元素守恒,鐵的物質(zhì)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(dāng)c(Cr3+)=10-5mol·L-1時(shí),根據(jù)Ksp的表達(dá)式可求出c(OH-)=10-9mol·L-1,則此時(shí)溶液pH=5。

答案：(1)橙 (2)c (3)6n(1+y)(4)5

練習(xí)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(xué)性質(zhì)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(xiàn)象是____。

圖1

①用離子方程式表示Na2CrO4溶液中的轉(zhuǎn)化反應(yīng)：____。

(3)在化學(xué)分析中采用K2CrO4為指示劑,以AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定溶液中Cl-,利用Ag+與生成磚紅色沉淀,指示劑達(dá)滴定終點(diǎn)。當(dāng)溶液中Cl-恰好沉淀完全(濃度等于1.0×10-5mol·L-1)時(shí),溶液中c(Ag+)為____mol·L-1,此時(shí)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(jià)鉻的化合物毒性較大,常用NaHSO3將廢液中的還原成Cr3+,該反應(yīng)的離子方程式為____。

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

答案：(1)生成沉淀,繼續(xù)滴加NaOH溶液,沉淀溶解

(3)2.0×10-55.0×10-3

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

(責(zé)任編輯 謝啟剛)

李軍,中科院博士,中學(xué)化學(xué)高級教師,全國基礎(chǔ)教育化學(xué)新課程實(shí)施優(yōu)秀個(gè)人,曾發(fā)表論文30余篇,獲獎(jiǎng)?wù)撐?0余篇。