高三化学攻关三十六法之――虚拟法

 

所谓虚拟法，就是在分析或解决问题时，根据需要和可能，虚拟出能方便解题的对象，并以此为中介，实现由条件向结论转化的思维方法。

●难点磁场

请试做下列题目，然后自我界定学习本篇是否需要。

A、B、C、D为四种易溶物质，它们在稀溶液中建立如下平衡：

A＋2B＋H2OC＋D

当加水稀释时，平衡向_______(填“正”或“逆”)反应方向移动，理由是           

                                   。

●案例探究

［例题］600 K时，在容积可变的透明容器内，反应2HI(g)I2(g)＋H2(g)达到平衡状态A。保持温度不变，将容器的容积压缩成原容积的一半，达到平衡状态B。

图8―1

(1)按图8―1所示的虚线方向观察，能否看出两次平衡容器内颜色深浅的变化?并请说明理由。

答：                                                                

(2)按图8―1所示的实线方向观察(活塞无色透明)，能否看出两次平衡容器内颜色深浅的变化?并请说明理由。

答：                                                               

命题意图：考查学生对平衡移动及有色气体浓度被等知识的认识。

知识依托：勒夏特列原理。

错解分析：从实线方向观察，根据 A、B 两状态下的 I2 的浓度关系：

cB(I2)=2cA(I2)

误以为能观察到容器内颜色的变化。

解题思路：状态A与状态B的不同点是：pB＝2pA，但题设反应是气体物质的量不变的反应，即由状态A到状态B，虽然压强增大到原来的2倍，但是平衡并未发生移动，所以对体系内的任何一种气体特别是 I2(g) 而言，下式是成立的：cB［I2(g)］=2cA［I2(g)］。

对第(2)小问，可将有色气体 I2(g) 沿视线方向全部虚拟到活塞平面上――犹如夜晚看碧空里的星星，都在同一平面上。则视线方向上的 I2 分子多，气体颜色就深；反之，则浅。

答案：(1)可以观察到颜色深浅的变化。由于方程式两边气体物质的物质的量相等，容积减半，压强增大到2倍时，I2(ｇ)及其他物质的物质的量均不变，但浓度却增大到原来的2倍，故可以看到I2(ｇ)紫色加深。

(2)不能观察到颜色深浅的变化。因为由状态A到状态B，平衡并未发生移动，尽管 cB［I2(g)］=2cA［I2(g)］，但 vB［I2(g)］=vA［I2(g)］，即视线方向上可观察到的 I2(g) 分子数是相同的，故不能观察颜色深浅的变化。

●锦囊妙计

化学中，虚拟法的应用是广泛的，除可虚拟物质状态外，还有很多可用虚拟法解决的问题，如①配平复杂氧化还原反应时，可将复杂化合物中各元素的化合价皆虚拟为零；②虚拟出某些混合物的“化学式”；③虚拟出某些解题时用到的数据；④虚拟出解题需要的某些条件；⑤虚拟反应过程；⑥虚拟反应结果等等。

●歼灭难点训练

1.(★★★)在一密闭容器中发生如下反应：

aA(g)bB(g)

达平衡后，保持温度不变，将容器容积增加一倍，新平衡建立时，cB 是原来的 60%，则(   )

A.平衡向正反应方向发生了移动                            B.A 物质的转化率变小了

C.B 物质的质量分数增大了                            D.a＞b

2.(★★★)在常温常压下，向5 mL 0.01 mol?L－1FeCl3(aq)中滴入0.5 mL 0.01 mol?L－1的NH4SCN(aq)，发生如下反应：

FeCl3＋3NH4SCNFe(SCN)3＋3NH4Cl (   )

所得溶液显红色，改变下列条件，能使溶液颜色变浅的是

A.向溶液中加入少量KCl晶体

B.向溶液中加入少量的水

C.向溶液中加入少量无水硫酸铜，变蓝后立即取出

D.向溶液中滴加2滴1 mol?L－1的FeCl3(aq)

3.(★★★★)在一定温度和压强下，某容器内存在如下平衡(平衡 A)：

2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)

这是工业合成尿素的反应。如果将容器的容积缩小为原来的 1/3，则达到平衡时(平衡 B)下列说法一定正确的是(   )

A.气体的平均式量比原来大                                   B.气体的平均式量比原来小

C.气体的平均式量与原来相等                         D.依据题给条件无法确定

4.(★★★★★)CuCl2(aq) 因浓度不同，颜色往往不同。有的是黄色，有的是绿色，还有的是蓝色。已知 CuCl2(aq) 中存在如下平衡：

［Cu(H2O)4］2＋＋4Cl－［CuCl4］2－＋4H2O

蓝色                                   黄色

试回答下列问题：

(1)欲使溶液由黄色变为蓝色，可采取的两种方法为：①          ；②         。

(2)欲使溶液由蓝色变为绿色，可采取的两种方法为：①          ；②         。

 

 

难点磁场

解析：可将水虚拟为容器，将 A、B、C、D 四种易溶物质虚拟为盛在“水――容器”中的气体物质。那么，加水稀释，“气体”的体积扩大，压强减小，根据勒夏特列原理，平衡向气体体积增大的方向，即上列平衡的逆反应方向移动。由此，可以得出结论：溶液稀释时，平衡向溶质粒子数增加的方向移动。

答案：逆  因为稀释后，单位体积内溶质的粒子总数(或总浓度)减小，根据勒夏特列原理，平衡向单位体积内溶质的粒子总数(或总浓度)增加的方向移动。

歼灭难点训练

1.提示：虚拟一种中间状态，假设平衡不移动，则新平衡建立时：cB 是原来的 50%，而事实上 cB 是原来的 60%，这表明扩大容积平衡向生成 B 的方向――正反应方向发生了移动。

答案：AC

2.解析：从反应实质来看，溶液中存在的化学平衡是：

Fe3＋＋3SCN－Fe(SCN)3

等系列反应。可见加入 KCl 晶体，对此平衡无影响；但加入 2 滴 1 mol?L－1 的 FeCl3(aq)，使溶液中 Fe3＋ 浓度增大，平衡则向正反应方向移动，溶液颜色变深。A、D 项皆不可选。

对于 B、C 选项，因平衡体系中的水量发生了改变，导致溶液中所有溶质的浓度或同等程度地增大，或同等程度地减小；若要判断平衡移动的方向，从浓度的改变来看，似无从下手。如果我们变换一下思路，将上列平衡体系中的 Fe3＋、SCN－ 和 Fe(SCN)3 均虚拟为气态物质(虚拟其状态)，则向平衡体系中加水，可认为增大了容器的容积，即减小了气体反应物的压强(或浓度)，平衡就向气体体积扩大的方向(即上列反应的逆反应方向)移动，这样液体颜色就会变浅。可见 B 项可选而 C 项不可选。

若采用极限思维，对于 B 选项，可作如下设想：加入的水不是很少而是很多，这样上列平衡体系中，Fe3＋与 SCN－ 相互碰撞结合成 Fe(SCN)3 分子的机会越稀越少，而 Fe(SCN)3 分子电离成 Fe3＋ 和 SCN－ 的机会则越来越多，无疑是加水的结果，平衡是向逆反应方向移动的，故而溶液颜色变浅。

答案：B

3.解析：容器容积缩小，反应气体压强增大，合成尿素[CO(NH2)2]的反应向正反应方向移动，由反应方程式知，气体物质的量每减少 2 mol，就有 60 g 尿素生成――固体质量增加60 g，气体质量减少60 g。那么，可将平衡向右移动的结果虚拟为：将 30 g?mol－1的气体从反应容器中移出。

由于原混合气体平均式量 r(A)介于Mr(NH3)、Mr(CO2)、Mr(H2O)中最大者(44)与最小者(17)之间，故有以下讨论：

(1)若 r(A)＞30，则移走 Mr=30的气体后，剩余气体平均式量增大，故有r(B)＞r(A)

(2)若r(A)=30，则r(B)= r(A)，

(3)若r(A)＜30，则r(B)＜r(A)

因为原混合气体的平均式量在题设条件下无法确定，所以新平衡建立后气体平均式量数值的变化无法确定。

答案：D

评注：若将“一定”改为：可能，则 A、B、C、D 四备选项都可选。

4.解析：(1)加入 Ag＋ 降低 Cl－ 浓度，可使平衡向左移动。

将水虚拟为容器，将离子虚拟为气体，则加“水――容器”容积扩大，平衡向气体体积扩大的方向，即本反应的逆反应方向移动。

(2)由美学知识可知，蓝黄相混可得绿色。这样 ，平衡向右移动，可使溶液由蓝变绿。由(1)知，加水 CuCl2 浓度降低，平衡向左移动；则增大 CuCl2 的浓度(或 Cu2＋ 的浓度，或 Cl－ 的浓度)平衡向右移动。

答案：(1)加水      加 AgNO3(s)[或 AgNO3(aq)]

(2)加 CuCl2(s)[或浓 CuCl2(aq)]         加NaCl(s)[或浓 NaCl(aq)等]