A. 化學平衡怎樣建立模型
化學平衡是高中課本選修四的重點內容,也是高考的必考內容。對於初學者來說,要靠邏輯思維的想像能力;對想像能力稍微欠缺的同學來說,學起來比較吃力,理解較為困難。通過多年的教學發現利用生活中的一個例子解決這個問題,可以達到事半功倍的效果,使復雜問題簡單化。
一、化學平衡的建立
1.化學平衡的定義:就是指在一定條件下的可逆反應里,正反應速率和逆反應速率相等,反應混合物中各組分的濃度保持不變的狀態。
建立如下模型:
在一個長方形的密閉容器中間加一個隔板,在左邊放入500隻蜜蜂,充當反應物,當隔板去掉時,蜜蜂就向右邊飛,相當於反應開始。
2.化學反應速率的表示方法:用單位時間內反應物濃度的減少或生成物的濃度增加來表示。
模型中,我們用左邊蜜蜂的減少、右邊蜜蜂的增加來表示,把蜜蜂向右邊飛行稱為正反應,向左邊飛行稱為逆反應,單位時間內飛行的數量稱為反應速率。開始時向右邊飛行的蜜蜂最多,即正反應速率最大,而向回返的蜜蜂最少,即逆反應速率最小,隨著時間的推移,向右邊飛的逐漸減少,即正反應速率逐漸減小,而向回返的蜜蜂逐漸增多,即逆反應速率逐漸增大。
3.化學平衡:隨著時間進行,左邊蜜蜂逐漸減少,右邊蜜蜂逐漸增多,向右邊飛行蜜蜂也逐漸減少,向左邊飛行蜜蜂逐漸增多,在化學反應上,反應物濃度逐漸減少,生成物濃度逐漸增多,正反應速率逐漸減小,而逆反應速率逐漸增大。等兩邊的蜜蜂各有250隻時,左右飛行的蜜蜂數量相等,且數量維持不變時即正反應速率和逆反應速率相等,兩邊的數量也不再隨時間發生變化,即各組分的濃度保持不變,達到平衡狀態。
二、化學平衡的特徵
1.逆:可逆反應,是指在同一條件下,既能向正反應方向進行,同時又能向逆反應方向進行的反應。在本模型中,蜜蜂在相同的條件下可以向左飛行,也可以向右飛行。也就是反應物可以變成生成物,生成物也可變作反應物。
2.等:正反應速率等於逆反應速率,但不等於零。在本模型中,向右飛行的蜜蜂和向左飛行的蜜蜂數量相等,且一直在飛,即正逆反應速率相等。
3.動:動態平衡,即平衡後,蜜蜂仍然在飛行。
4.定:反應混合物中各組分的濃度保持不變,各組分的含量一定。在本模型中,左右兩邊蜜蜂的數量不再改變,即反應物濃度不再隨時間改變。
5.變:條件改變,原平衡被破壞,在新的條件下建立新的平衡。即平衡會發生移動,下面展開集中分析。
三、外界條件對化學平衡的影響
化學平衡移動:當一個可逆反應達到平衡後,如果改變濃度、溫度、壓強等反應條件,原來的平衡狀態會被破壞,化學平衡會發生移動,在一段時間後達到新的平衡。
1.濃度對平衡的影響。
在達到平衡後,我們再向左邊放入100隻蜜蜂,左邊的蜜蜂數量突然增多,相當於增大反應物濃度。此時,向右邊飛行的蜜蜂也突然增多,相當於正反應速率突然增大,而逆反應速率在這一瞬間沒有變化,緊接著向右飛的逐漸減少,向左飛的在原來的基礎上逐漸增大,最終相等。相當於增大反應物濃度,正反應速率突然增大後,慢慢減小,而逆反應速率在原來的基礎上慢慢增大,直至相等,整體來說,正反應速率大於逆反應速率,平衡向正反應方向移動。由於整體的蜜蜂數量增多,左右飛行的蜜蜂比原來要多,相當於平衡後的反應速率比上次平衡的要大。這完全符合下面圖像。
若將右邊蜜蜂取出100隻,相當於減小生成物濃度,完全可以用上述模型來解決。
等效平衡:如果從右邊放入蜜蜂,和左邊放入達到平衡的效果是一樣的。或者,一邊放100隻,另一邊放400隻,也是一樣的,即:等效平衡。
2.催化劑對平衡的影響。
可以採取增加蜜蜂的體能,如興奮劑,可以解釋反應速率加快但平衡不移動的原因。
3.如果只給一邊加熱或者將中間的隔板移動,則可以解釋,平衡後各物質的濃度不一定相等,也不一定成一定比例。
4.若給蜜蜂中混入蒼蠅,飛行碰撞忽略不計則可以解釋加入惰性氣體對平衡的影響。
這是我對化學平衡的一點膚淺理解,不妥之處,請批評指正。