數(shù)化結(jié)合 巧立模型

王偉平

教材對化學(xué)平衡狀態(tài)的描述為：“當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度都不再改變，達(dá)到一種表面靜止的狀態(tài)，我們稱之為化學(xué)平衡狀態(tài)，簡稱化學(xué)平衡”，教材關(guān)于平衡標(biāo)志的表述只涉及了“反應(yīng)物濃度或生成物濃度”這一濃度物理量，而學(xué)生在實(shí)際判斷化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，面對的是紛繁復(fù)雜的物理量.如氣體密度、平均相對分子量、壓強(qiáng)等，對于同一物理量，不同的反應(yīng)體系還有不同的反應(yīng)條件如恒容恒溫或恒壓恒溫甚至絕熱恒容等，判斷起來難度較大，學(xué)生往往會(huì)疑惑，為何該物理量此時(shí)可以作為平衡標(biāo)志彼時(shí)卻不可以？究其原因，還是學(xué)生對化學(xué)平衡狀態(tài)的本質(zhì)理解不到位.

一、結(jié)合生活實(shí)際理解平衡本質(zhì)

為提高學(xué)生判斷化學(xué)平衡狀態(tài)的解題能力，目前大多數(shù)教師以及教輔資料基本從以下兩點(diǎn)進(jìn)行方法總結(jié).

2.間接依據(jù)——根據(jù)各組分的量

首先分析該量是“變量”還是“恒量”，如為“恒量”，即隨反應(yīng)的進(jìn)行永遠(yuǎn)不變，則不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)：如為“變量”，即該量隨反應(yīng)進(jìn)行而改變，當(dāng)其“不變”時(shí)，則為平衡狀態(tài)，

但在運(yùn)用第2條規(guī)律時(shí)，很多學(xué)生仍然存在疑惑：為什么要判斷變量？如何判斷是不是變量？說明學(xué)生對可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的過程理解不深刻，教師可以利用生活中的現(xiàn)象進(jìn)行類比解釋，例如，夏天的教室，溫度穩(wěn)定在26C，此時(shí)空調(diào)仍然在制冷，為什么溫度卻沒有持續(xù)下降？學(xué)生思考之后很容易想到，涼氣和熱氣的熱交換速度相等，因此宏觀上溫度不變，所以可以得到這樣的結(jié)論，溫度不變，是熱交換達(dá)到平衡的標(biāo)志，

二、結(jié)合數(shù)學(xué)原理建立判斷模型

從生活實(shí)際理解平衡本質(zhì)之后，學(xué)生推廣到具體的化學(xué)問題上仍有難度，此時(shí)，若結(jié)合學(xué)生學(xué)過的數(shù)學(xué)知識——逆否命題原理建立模型，則會(huì)降低應(yīng)用難度，

如果兩個(gè)命題中一個(gè)命題的條件和結(jié)論分別是另一個(gè)命題的結(jié)論和條件的否定，則這兩個(gè)命題稱互為逆否命題，一個(gè)命題為原命題，則和它互為逆否命題的命題為原命題的逆否命題.原命題和逆否命題為等價(jià)命題，如果原命題成立，逆否命題成立.

依據(jù)以上原理，可以將教材關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的達(dá)成設(shè)為原命題，得到如表l所示的逆否命題及其成立關(guān)系.

推而廣之，假定某一物理量具有類似反應(yīng)物濃度或生成物濃度的作用，即可以作為判斷可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志，則其符合邏輯的命題關(guān)系如表2所示，

舉例說明，對于恒溫恒容條件下的合成氨的反應(yīng)體系，若沒有達(dá)到平衡.則該反應(yīng)體系的氣體總物質(zhì)的量會(huì)發(fā)生改變，氣體總壓強(qiáng)也會(huì)改變.這是基于合成氨這個(gè)特定反應(yīng)的因果關(guān)系得到的命題，若把該命題看成原命題的逆否命題，那么該命題的原命題：“氣體的物質(zhì)的量不變（或者氣體壓強(qiáng)不變），就說明反應(yīng)達(dá)到平衡”也成立.這就從數(shù)學(xué)原理上，解釋了為什么變量不變可以成為達(dá)到平衡的標(biāo)志，

那么，如何判斷該物理量是否是一個(gè)變量呢？回到原命題的邏輯推斷，將一個(gè)可逆反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，簡化成：該可逆反應(yīng)向以正反應(yīng)為主，即向正反應(yīng)方向進(jìn)行，判斷某物理量X是否變化.仍以恒溫恒容條件下的合成氨的反應(yīng)體系為例，若該反應(yīng)以正反應(yīng)即合成氨的方向?yàn)橹鳎瑒t氣體的物質(zhì)的量在減?。ㄒ簿褪歉淖儯?，那么氣體的物質(zhì)的量便符合變量的要求，即可以看成是此反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志.

基于以上分析，針對此類問題：某物理量X不隨時(shí)間變化，是否可以做為可逆反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志，總結(jié)思路模型如圖l所示，

三、應(yīng)用模型解決具體問題

例1 對于以下反應(yīng)：

A（s）+3B（ g）==2C（g）+D（g），在一定溫度、壓強(qiáng)下，在一體積可變的容器中，下列哪些物理量司說明反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)（

）.

A.容器的體積不再發(fā)生變化

B.B的生成速率和D的反應(yīng)速率之比為3：1

C.混合氣體的密度不隨時(shí)間變化

D.A的濃度不再變化

解析A選項(xiàng)分析見圖2，故不符合題意;B選項(xiàng)，參考方法1直接判據(jù)，B的生成速率是v逆，D的反應(yīng)速率也是v逆，故不符合;C選項(xiàng)分析見圖3，故符合題意;D選項(xiàng)，固體A的濃度恒定不符合題意.

答案：C.

例2若可逆反應(yīng)

NO2（g）+SO2（g）==NO（g） +SO3（g）在絕熱、恒容體系中進(jìn)行，能夠作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是_____（填序號）.

a.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變

b.混合氣體的總壓強(qiáng)保持不變

c.混合氣體的顏色保持不變

d.該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變

解析a項(xiàng)分析見圖4：

答案：bcd

解法指導(dǎo)在運(yùn)用模型解決問題的時(shí)候，只需要判斷該物理量隨著反應(yīng)正向進(jìn)行的變化情況即可得到正確答案.分析時(shí)要注意同一物理量在不同反應(yīng)條件下的變化情況可能不同，例如壓強(qiáng)，恒溫恒容意味著壓強(qiáng)只與氣體的物質(zhì)的量有關(guān)，若該反應(yīng)屬于氣體計(jì)量系數(shù)之和相等的一類反應(yīng)，則氣壓不變：如果絕熱恒容，體系壓強(qiáng)的影響因素除了氣體的物質(zhì)的量，還有反應(yīng)體系的溫度，隨著反應(yīng)的發(fā)生，只要沒有平衡，體系溫度總會(huì)變化，所以壓強(qiáng)一定是一個(gè)變量.

（收稿日期：2022 -02 - 20）